Anal Chim Acta：基于COF‑V/环糊精/金纳米复合修饰电极的MB竞争、主客体识别电化学检测非电活性手性氨基酸

手性是许多生物活性分子的基本属性，对映体在生物体内往往表现出显著不同的药代动力学、药效学和毒性。例如，人体内仅利用L‑氨基酸，而D‑氨基酸通常不被代谢，甚至可能表现出毒性作用。因此，开发高灵敏度和高选择性的手性识别方法在制药、食品安全和生物医学研究领域具有重要意义。目前已采用多种分析技术进行手性识别，包括高效液相色谱（HPLC）、毛细管电泳（CE）、质谱（MS） 和核磁共振（NMR）波谱。尽管这些方法准确可靠，但通常需要昂贵的仪器、复杂的样品前处理以及专业操作人员，这限制了它们在快速现场检测中的广泛应用。相比之下，电化学传感器因其低成本、操作简单、响应快速和高灵敏度等优势而备受关注。

近年来，基于各种手性选择剂（如环糊精（CDs）、分子印迹聚合物（MIPs）和 DNA）的电化学手性传感器得到了广泛研究。其中，CDs 因其独特的疏水空腔以及能与多种有机分子形成主客体包结复合物的能力而被广泛用作手性选择剂。然而，大多数电化学手性传感器依赖于目标分析物的直接电化学氧化或还原，这要求分析物必须具备固有的氧化还原活性。这一限制使得电化学手性传感器难以应用于非电活性氨基酸（如苯丙氨酸（Phe）、组氨酸（His）和色氨酸（Trp）），这些氨基酸在传统电极表面的水溶液中缺乏显著的氧化还原峰。

为了克服这一限制，人们提出了将 MB 与手性选择剂结合，手性识别事件可以转化为可测量的电化学信号变化。例如，MB 修饰电极已通过主客体相互作用用于氨基酸的手性识别。然而，此类传感器的灵敏度和选择性仍有待提高。共价有机框架（COFs）是一类具有明确结构、高比表面积和优异化学稳定性的晶态多孔聚合物。COFs 已广泛应用于气体储存、催化和传感领域。在各种 COFs 中，由 TAPB 和 DVA 构建的 COF‑V 具有球形形貌和良好的可加工性，是一种很有前景的电极修饰基底材料。将 COFs 与金属纳米颗粒和手性选择剂结合，可以协同增强电化学传感器的性能。

本研究设计了一种基于 COF‑V/β‑CD/AuNPs 复合修饰 GCE 的新型电化学手性传感器，并结合 MB 竞争主客体识别策略，用于非电活性氨基酸的手性识别。该传感器利用了 COF‑V 的高比表面积、β‑CD 的手性识别能力以及 AuNPs 优异的导电性。手性识别机制基于手性氨基酸从 β‑CD 空腔中竞争置换 MB，从而导致 DPV 信号发生变化。该传感器经过系统优化，并应用于尿液样品中 Phe 的检测，证明了其实际应用潜力。

• MB 竞争主客体间接转导检测非电活性氨基酸：针对大量氨基酸缺乏氧化还原活性的痛点，摒弃依赖分析物自身电活性的传统思路，首创以亚甲基蓝为竞争型探针与手性氨基酸在 β‑CD 空腔中竞争，L‑型因结合更强优先置换 MB，将"非电活性手性识别事件"定量转化为可测的电流比信号，实现了对电活性与非电活性氨基酸的同步兼容检测。

• 逐层组装逐级提升手性识别能力：从裸电极到全修饰界面的对照实验表明，COF‑V 扩面、β‑CD 提供手性位点、CS 调节界面三者缺一不可，以球形 COF‑V 提供大比表面积与低界面阻抗的导电基底，通过 Au–S 键将 β‑CD 稳定锚定于 AuNPs 表面并经电聚合构建高密度手性空腔，最后以壳聚糖覆膜兼顾界面稳定与微环境调控，三层结构各司其职、协同增效，形成完整的手性传感平台。

• 跨底物普适，对映体选择性显著：在优化条件下，传感器对苯丙氨酸表现出优异的对映体区分能力，识别比远超裸电极；同时可拓展至组氨酸、色氨酸、酪氨酸等多种手性氨基酸及普萘洛尔、萘普生等手性药物，证明了 β‑CD 空腔疏水包结驱动的手性识别机制具有广泛的底物适用性。

  
  

图1. CS/AuNPs复合物/COF-V/GCE手性传感器的制备流程以及MB竞争主客体识别手性氨基酸的机理示意图。

图2. COF-V在不同放大倍数下的SEM图像：(A)低倍和(B)高倍。(C) DVA、TAPB和COF-V的FT-IR光谱。(D) 6-SH-β-CD、4-ATP和AuNPs复合物的FT-IR光谱。(E) AuNPs复合物和COF-V的XRD图谱。(F) COF-V和AuNPs复合物的XPS全谱。

图3. (A) COF-V和(B–F) AuNPs复合物的高分辨率XPS谱：(B) C 1s, (C) N 1s, (D) Au 4f, (E) S 2p, 和 (F) O 1s。

图4. (A) 不同修饰电极在5 mM [Fe(CN)6]3−/4−溶液中的CV曲线。(B) 不同修饰电极的EIS奈奎斯特图。(C) COF-V/GCE在不同扫描速率下的CV曲线。(D) 峰电流与扫描速率平方根的线性关系。

图5. 不同修饰电极对 D/L‑Phe‑MB 体系的差分脉冲伏安（DPV）响应曲线：(A) 裸玻碳电极（GCE），(B) AuNPs 复合物/COF‑V/GCE，(C) CS/AuNPs 复合物/GCE，(D) 全修饰 CS/AuNPs 复合物/COF‑V/GCE。

图6. 实验条件的优化：(A) 电聚合圈数的影响，(B) pH的影响，(C) 孵育时间的影响，(D) MB吸附时间的影响。

图7. (A) 传感器对不同对映体组成的Phe的DPV响应。(B) 对不同浓度L-Phe的DPV响应。(C) 对不同浓度D-Phe的DPV响应。(D) L-Phe对映体组成的线性校准曲线。(E) L-Phe浓度的线性校准曲线。(F) D-Phe浓度的线性校准曲线。

图8. (A) 传感器在连续CV扫描期间的稳定性。(B) 长期储存稳定性。(C) 五支独立制备电极的重现性。(D) 对不同手性化合物的对映选择性。

本研究成功开发了一种基于COF‑V/β‑CD/AuNPs复合修饰GCE并结合MB竞争主客体识别的电化学手性传感器，用于非电活性氨基酸的手性识别。该传感器通过将以6‑SH‑β‑CD和4‑ATP为稳定剂合成的AuNPs复合物电聚合到COF‑V/GCE表面，随后用CS修饰而制备。手性识别机制依赖于手性氨基酸将MB从β‑CD空腔中竞争置换出来，进而转化为DPV信号的变化。在优化条件下，该传感器实现了对Phe的优异手性识别，I_D/I_L比值为1.79，并且对其他手性氨基酸和药物也表现出良好的识别能力。该传感器表现出良好的稳定性和重现性，并成功应用于尿液样品中 Phe的检测，回收率为98.8–106.0%。本研究为非电活性氨基酸的手性识别提供了一种可靠且灵敏的策略，在生物医学和药物分析领域展现出良好的应用前景。

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