Biosens Bioelectron：β-环糊精介导手性铜MOF/碳纳米纤维仿生电极实现对映选择性识别乙胺丁醇

药物分子的立体化学特征在药学、临床及医学领域均需审慎考量，因此所有手性生物活性分子的对映体都必须经过分离与检测。要实现分析物的对映体识别，必须由手性配体提供手性环境。天然及衍生化环糊精因拥有疏水空腔、易形成复合物、可便捷功能化且成本较低，是一类应用极为广泛的手性配体。其中β-环糊精（CD）被认为是理想的手性主体，其7个葡萄糖单元上共分布35个手性位点，可用于容纳客体生物分子。金属有机框架（MOF）是由金属离子/原子与多齿有机配体配位形成的延伸网络结构，在对映体分离和不对称催化领域潜力巨大，但其用于电化学对映体识别的研究报道仍十分有限。模拟酶活性的人工酶模型（AEM）需要具备可作为底物结合位点的疏水空腔，以及高效的催化活性位点。已有文献表明，天然环糊精及改性环糊精常被用作人工酶模型。目前已报道的ETB对映体分离方法仅有气液色谱法、高效液相色谱法（HPLC）及HPLC联用环糊精检测器；铜(II)配合物已被用于紫外光谱法、毛细管区带电泳法及电位传感器测定药物制剂中的乙胺丁醇（ETB）。但现有电化学方法均无法实现ETB异构体的区分。

本研究选择环糊精-铜MOF与碳纳米纤维（CNF）的复合材料（CD-CuMOF-CNF），通过伏安技术实现RR-ETB与SS-ETB的识别。将β-环糊精基铜金属有机框架（CD-CuMOF）作为乙胺丁醇（ETB）对映体的AEM，其功能可类比醇脱氢酶。乙胺丁醇的立体构型可产生三种对映异构体：具有活性的SS-ETB、有毒性的RR-ETB和无活性的RS-ETB，其中SS-ETB的效价是RR-ETB的12倍，也是RS-ETB的12倍。SS-ETB具有抗菌活性，而RR异构体可能引发视神经炎，严重时可导致失明。ETB含有4个配位位点，可与二价金属离子（Cu²⁺/Ni²⁺/Co²⁺/Zn²⁺）形成螯合物，其中含螯合有机配体的铜(II)配合物因常表现出更强的生物活性而备受关注。若将此类Cu-ETB螯合物引入CD空腔，即使移除金属离子，配体的配位几何结构仍可保留，且嵌入螯合物的空腔尺寸会对Cu²⁺保持特异性。空腔内的复合药物不会受外界理化反应干扰。

• 首创对映选择性电化学传感策略：首次将β-环糊精基金属有机框架（CD-CuMOF）与碳纳米纤维复合，构建了可区分乙胺丁醇（ETB）有毒RR异构体与活性SS异构体的电化学传感器，突破了传统电化学方法无法识别ETB对映体的技术瓶颈。

• 人工酶模拟新范式：创新性地将CD-CuMOF作为醇脱氢酶的人工酶模型（AEM），模拟天然酶对ETB醇羟基的催化氧化机制，既保留了酶催化的高选择性，又克服了天然酶易失活、成本高的缺陷，为手性药物的仿生传感提供了新思路。

• 复合基质协同增效，对映选择性大幅提升：通过引入碳纳米纤维（CNF）构建CD-CuMOF-CNF复合修饰层，CD提供手性识别位点，CuMOF稳定螯合ETB，CNF增强电子传导。最终实现RR-/SS-ETB的峰电位差达108 mV，远高于单一CD-CuMOF修饰电极的46 mV，可清晰区分外消旋混合物中的两种对映体。检测限低至3.10×10^-8 M（RR-ETB）和8.52×10^-8 M（SS-ETB），线性范围覆盖3个数量级，灵敏度远超现有报道的电化学检测方法。

  
  

图1.（A）乙胺丁醇（ETB）对映体与CD-CuMOF形成复合物的相互作用机制；（B）CD-CuMOF催化ETB的反应路径。

图2. （A, B）CD的扫描电镜图像；（C, D）CD-CNF的扫描电镜图像；（E, F）CD-CuMOF-CNF的扫描电镜图像以及（G）EDX能谱图。

图3. （A）CD-CuMOF-CNF、CD、CNF及Cu-MOF的X射线衍射图谱；（B）差分脉冲伏安法（DPV）检测玻碳电极上2.5×10^-5 M SS-ETB时，峰电位（Ep）随pH变化的曲线。

图4. （A）裸电极、（B）CD-CuMOF修饰电极、（C）CD-CuMOF-CNF修饰电极在pH 7.0磷酸盐缓冲液中检测SS-ETB与RR-ETB的方波伏安图；（D）CD-CuMOF-CNF-GCE上总浓度为1 μM的外消旋混合物中SS-ETB占比分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%的伏安图；（E）乙胺丁醇对映体混合物中SS-ETB百分含量与峰电位（E/V）关系的线性关系图。

图5. （A、B）含不同浓度CD-CuMOF的2.0×10⁻⁴ M SS-ETB与RR-ETB对映体溶液的方波伏安图；CD-CuMOF浓度依次为：a) 0.479×10⁻⁵ M，b) 0.930×10⁻⁴ M，c) 1.37×10⁻⁴ M，d) 1.80×10⁻⁴ M，e) 2.01×10⁻⁴ M。（C）SS-ETB、（D）RR-ETB的峰电位差（ΔEp）与-log Cₓ的线性关系图。

图6. （A）pH 7.0磷酸盐缓冲液中1.58×10⁻⁵ M RR-ETB在不同扫速下的循环伏安图；（B）峰电流（I_p）与扫速平方根的关系曲线；（C）峰电流对数（log I_p）与扫速对数（log v）的关系曲线；（D）CD-CuMOF-GCE、裸GCE及CD-CuMOF-CNF-GCE在5 mM [Fe(CN)₆]^3-/4-溶液中的电化学阻抗谱Nyquist图。

图7. （A、B）CD-CuMOF-CNF-GCE上不同浓度的RR-ETB与SS-ETB的方波伏安图；插图为对应的线性关系图。

本研究合成的手性β-环糊精/铜金属有机框架证实，在相同电极表面，乙胺丁醇的两种对映异构体呈现出不同的氧化还原行为，通过方波伏安法可实现优异的对映选择性识别。对映体与CD-CuMOF形成非对映异构复合物的过程构成了识别机制的核心。该传感装置可便捷定制，有望拓展为快速筛查体系，用于血液、尿液或药物样品中纯原料药与RR-ETB污染混合物的区分。

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