贝克曼高级科学技术研究所的研究人员开发了一种识别手性分子的模块化方法

识别和分离对映体对化学工程师来说是一项艰巨的任务——有人可能会说这让他们有点头疼。

对映异构体是具有几乎相同组成的分子，它们相互镜像，就像左手和右手。在化学中，这种性质称为手性。尽管它们的构成相似，但所谓的左手和右手对映体通常表现出非常不同的性质。有时，一种药物具有会导致不良影响的对映异构体。例如，某些药物的一种对映异构体可引起头痛，而另一种可缓解头痛。

据贝克曼先进科学技术研究所研究员、伊利诺伊大学香槟分校化学与生物分子工程助理教授苏晓介绍，使用的前500种药物中有一半以上是对映体 。Su 与 UIUC 博士生 Jemin Jeon 和研究科学家 Johannes Elbert 一起，最近开发了一种系统，可以通过电化学方式将一种对映体与其孪生体区分开来。

该集团的发展对药品制造业具有重大意义。因为新药通常需要是外消旋的——包含甚至 50-50 的左旋和右旋对映异构体混合物——他们的系统将使药物开发人员能够更容易地确定给定药物中对映异构体的比例，并最终导致更多分离它们的有效方法。

“当你生产一种药物时，你想知道其中每种对映体的含量，”Elbert 说。“这就像一种质量控制形式。”

他们的论文发表在 Advanced Functional Materials上。

为了有效区分一种对映异构体与其镜像对应物，研究人员使用了一类多功能的含金属聚合物，也称为“金属聚合物”，已用于储能、水处理和选择性分离。从历史上看，这些金属聚合物在对映体识别方面的用途有限，因为它们通常缺乏手性或手性。

通过在金属聚合物中添加手性中心，研究人员可以使用它们以电化学方式检测两种对映体分子：例如，用于有价值药物的分子。

“这里很酷的科学进步是我们能够证明这些具有手性的氧化还原聚合物可以成为非常好的传感器并与其首选的对映异构体相互作用，”苏说。

对映异构体识别始于聚合物上经过化学设计的构件，称为“氧化还原中心”。氧化还原中心允许聚合物通过电子转移进行还原和氧化(因此聚合物的混合名称)。该过程允许聚合物的氧化还原中心选择性结合，从而通过电流和电势的变化感知对映异构体。

“我们基本上创造了一类手性金属聚合物，可以作为未来许多对映选择性研究的平台，”苏说。

此外，该研究首次展示了一种被称为超分子手性的现象，这是一种有趣的特征，其中聚合物显示出比氧化还原中心构建块本身更多的手性。研究人员利用这种超分子手性来放大传感效果，这是对过去传感方法的有效升级。

“使用电化学方法，不需要添加任何外部化学添加剂，”苏说。“这是一种完全基于电输入和电读出的传感方法，使其使用起来灵活且模块化。”

尽管已经存在关于手性传感器的研究，但许多仅限于一次性使用。但伊利诺伊州研究人员的传感器被调动到一个界面上，使其可以重复使用。

虽然他们新开发的传感器方法仍被认为是概念验证，但研究人员已经确定了他们的下一步。

“既然我们已经证明了传感和识别特性，下一步就是将这些特性转化为分离，”苏说。“目前我们的系统在手性传感方面非常有效，但除此之外，我们希望创造出能够完全纯化对映异构体的设备和更好的材料。”

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