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a) SERS-CIP檢測策略示意圖；b)含SERS標記物的SERS-CIP玻璃毛細管照片，識別區域用紅色圓圈表示；c)在SERS-CIP上實現手性氨基酸識別檢測原理 課題組供圖
近日，中國科學院煙臺海岸帶研究所研究員陳令新團隊在手性印跡表面增強拉曼散射（SERS）檢測技術領域取得重要進展，研究成果“基于手性分子印跡的表面增強拉曼散射檢測策略用于絕對對映體區分”發表在最新一期的《自然—通訊》。
手性是自然界中普遍存在的現象。手性分子是與其鏡像不能重合的分子，對映異構體間很多理化性質相同，但生理活性往往有很大的差別，因而，對單個對映體的選擇性識別與檢測在生命科學、環境監測和食品安全等領域至關重要。
然而，單個對映體的識別存在很多挑戰。首先，理想的手性區分策略需要外消旋體中的絕對對映體識別方法和高靈敏度的傳感器件，并且保證對多種手性分子廣泛適用，如何抑制對映體在手性區分傳感器上的非特異性結合是關鍵。其次，對映體間具有相同的分子大小和官能團，僅結構呈現鏡像對稱，因此，不能根據一般傳感器上的主-客體相互作用結果一概而論。此外，大多數手性識別策略高度依賴手性分子的細微結構特征，無法適用于復雜多樣的手性化合物。
海岸帶是關乎人類社會發展的地球關鍵帶。人類活動通過多種途徑影響海岸帶生態，使其被開發利用的同時，也造成了生態脆弱、災害較多等問題，發展海洋生態固碳、保護生態環境是海岸帶可持續發展的關鍵之一。氨基酸是海洋有機碳和有機氮的重要組成部分，氨基酸的手性轉化是海洋微生物固碳的重要過程，了解手性氨基酸的結構和功能對于海洋固碳機制研究非常重要。然而，海岸帶區域環境中的手性氨基酸含量很低、賦存介質復雜，因此亟需發展能夠進行分離富集、降低和消除基質干擾的高靈敏手性分子檢測技術。
基于上述挑戰，陳令新團隊創新性發展了基于手性分子印跡的表面增強拉曼散射（SERS-CIP）檢測策略，成功實現了對海水中精氨酸、組氨酸、天冬氨酸等8種氨基酸手性對映體的高選擇性和高靈敏分析檢測。
手性分子印跡聚合物（CIP）具有在形狀、大小和官能團三方面與目標氨基酸分子互補的空腔，能夠高特異性結合目標手性分子，在手性氨基酸識別方面表現出了獨特的優勢。由于聚合物框架和手性分子的官能團之間的相互作用，不可避免的非特異性結合參與手性識別問題一直是挑戰。
研究發現，可以通過發展先進的CIP識別機制并通過抑制非特異性結合提高CIP對映體識別特異性。在利用SERS對CIP非特異性結合來源進行詳細研究后，團隊開發了一種檢測識別機制來探索CIP的空間狀態，并借此區分特異性結合和非特異性結合的氨基酸對映體分子。通過對映選擇性測試、外消旋混合物分析以及在復雜實際樣品中的手性識別表明，這種機制能夠滿足理想的手性識別策略的要求，并具有良好的實用性。
該研究成果得到了國家自然科學基金和中科院國際博士后項目等項目的支持。文章的第一作者為助理研究員Maryam Arabi，文章通訊作者為研究員王運慶和陳令新。