Anal Chim Acta：ATO-γ-CD/SWCNT纳米复合膜修饰电极实现对血液中苯丙氨酸对映体的电化学识别与检测

手性分子的精准识别是生命科学、临床医学与药物研发领域的核心需求，其中苯丙氨酸（Phe）对映体的差异化检测尤为重要：L-苯丙氨酸是人体必需氨基酸，是酪氨酸、多巴胺、肾上腺素等关键物质的合成前体，其异常升高会引发苯丙酮尿症（PKU），造成不可逆神经损伤；近年研究还发现其水平变化与乳腺癌、肺癌等恶性肿瘤密切相关；而人工合成的D-苯丙氨酸则可抑制淀粉样蛋白纤维化，是PKU治疗的潜在候选药物。

传统对映体分析技术如高效液相色谱（HPLC）虽然准确，但通常依赖昂贵仪器、操作繁琐且耗时，难以满足即时检测（POCT）需求。电化学传感因其简便、低成本、高灵敏度和易于微型化的优势，成为手性氨基酸分析的有力替代方案。然而，如何在复杂生物基质中实现高选择性、高稳定性的对映体区分，仍是该领域的关键挑战。

电化学方法凭借操作简单、成本低、灵敏度高、易微型化等优势，成为手性传感领域的重要发展方向。本研究成功构建了一种基于锑掺杂氧化锡/γ-环糊精（ATO-γ-CD）纳米复合材料修饰单壁碳纳米管（SWCNT）印刷电极的新型电化学手性传感平台。该平台巧妙结合了ATO的高导电性与稳定性、γ-CD的手性选择空腔以及SWCNT的信号放大能力，实现了对Phe对映体的高效识别与定量检测。在优化条件下，该传感器展现出高达1.65的对映体电流响应比（I_L/I_D）和0.27 V的峰电位差（ΔE_p），并能直接用于癌症患者与健康人全血样本中Phe对映体的准确测定，为手性氨基酸的生物分析提供了强有力的工具。

• 多组分协同增效的复合平台构建：首次将ATO与γ-CD通过超声化学法复合，并修饰于SWCNT印刷电极表面，γ-CD 提供手性空腔，通过主客体相互作用实现对L-Phe与D-Phe的差异性结合；ATO 作为高导电、高稳定性的透明导电氧化物，显著提升电子传递速率与电极稳定性；SWCNT 凭借其一维结构和优异导电性，进一步放大电化学信号。

• 优异的手性识别性能：L-Phe与D-Phe的氧化峰电流比达到 1.65；并且两种对映体的氧化峰电位差（ΔE_p）高达 0.27 V，远超多数已报道的电化学手性传感器，可实现仅凭峰位置即可直观区分。

• 成功应用于真实血液样本分析：无需复杂前处理，仅需将全血样品按1:10比例稀释于缓冲液中即可直接检测。在肺癌、乳腺癌患者及健康人的全血加标回收实验中，L-Phe与D-Phe的回收率分别介于95.7%–104.1%和95.8%–102.1%之间，RSD均低于5.0%。这一结果充分验证了该平台在复杂生物基质中的准确性和可靠性，为其在疾病相关手性氨基酸代谢研究及临床检验中的应用奠定了坚实基础。

  
  

图1. 用于DNA检测的光电化学免疫传感平台作用机制示意图。

图2. (a) 裸 SWCNT；(b) γ‑环糊精修饰的 SWCNT（γ‑CD/SWCNT）；(c) 锑掺杂氧化锡（ATO）修饰的 SWCNT（ATO/SWCNT）；(d) ATO‑γ‑CD 纳米复合材料修饰的 SWCNT（ATO‑γ‑CD/SWCNT）；(e) ATO‑γ‑CD 纳米复合材料的放大 SEM 图像；(f) ATO‑γ‑CD 纳米复合材料的 EDX 能谱。

图3. (a) ATO‑γ‑CD 纳米复合材料和 γ‑CD 的 XRD 衍射图谱；(b) ATO‑γ‑CD 纳米复合材料的 FT‑IR 红外光谱图。

图4. (a) SWCNT、(b) ATO/SWCNT、(c) γ-CD/SWCNT、(d) ATO-γ-CD/SWCNT表面的水接触角；(e) ATO-γ-CD/SWCNT表面滴加12 μL L-苯丙氨酸的接触角；(f) ATO-γ-CD/SWCNT表面滴加12 μL D-苯丙氨酸的接触角。

图5. (a) 裸SWCNT、γ‑CD/SWCNT、ATO/SWCNT和 ATO‑γ‑CD/SWCNT 电极在含 1 mM [Fe(CN)₆]^3−/4−(0.2 MKCl) 溶液中的CV曲线与(b) EIS图；(c) 在1 mm[Fe(CN)₆]^3-/4-(0.2 MKCl)中获得不同扫速的ATO-γ-CD/SWCNT的循环伏安图；(d) 相应的v^1/2与i_pa和i_pc的线性拟合。

图6. ATO-γ-CD/SWCNT在不同pH缓冲溶液中检测(a) L-Phe，(c) D-Phe的LSV曲线；以及对应(b) L-Phe，(d) D-Phe的pH与E_pa的线性拟合，(e)pH对I_L/I_D比值和ΔE_p的影响。

图7. 不同修饰电极对苯丙氨酸对映体的电化学识别性能对比：(a) 裸SWCNT；(b) γ-CD/SWCNT；(c) ATO/SWCNT；(d) ATO-γ-CD/SWCNT；(e)不同修饰电极的峰电流对应的I_L/I_D比值与ΔEp影响。

图8. (a) D-苯丙氨酸、(b) L-苯丙氨酸的LSV响应以及(c) 峰电流与L-苯丙氨酸、D-苯丙氨酸浓度的线性相关关系。

图9. (a) 采用ATO-γ-CD/SWCNT电极记录的含0%~100%不同D-苯丙氨酸浓度的10 μM苯丙氨酸对映体混合体系的LSV响应；(b) 峰电流（黑色线）与峰电位（蓝色线）同D-苯丙氨酸占比的线性关系。

图10. ATO-γ-CD/SWCNT平台的(a) 抗干扰性能研究、(b) 时间稳定性及(c) 重现性。

表1. 血液样本中苯丙氨酸对映体形式的分析（n = 3）。

本研究开发的ATO-γ-CD/SWCNT电化学手性平台，突破了传统手性电化学传感器识别维度单一、抗干扰能力弱、难以适配复杂生物基质的局限，兼具高选择性、高灵敏度、优异稳定性与简易制备工艺的优势，可在非外消旋混合体系中精准预测L/D-苯丙氨酸比例，为手性氨基酸的生物样本分析提供了极具临床应用潜力的技术方案。该复合体系的设计思路也可拓展至其他手性小分子、药物的电化学识别，在手性分析领域具有广泛的借鉴价值。

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