《Analytica Chimica Acta》：Electrochemical Discrimination of Phenylalanine Enantiomers in Blood Using an ATO-γ-CD Nanocomposite-Modified SWCNT Platform
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本研究设计了一种基于ATO-γ-CD纳米复合材料与单壁碳纳米管印刷电极的电化学平台，用于选择性识别苯丙氨酸异构体。通过SEM、LSV、CV和EIS等方法表征电极性能，发现电流强度比IL/ID为1.65，检测限低至0.140 μM，线性关系良好，并成功应用于复杂生物样本分析，证实其实用价值。
Ionela Raluca Comnea-Stancu、Raluca-Ioana Stefan-van Staden、Jacobus (Koos) Frederick van Staden
布加勒斯特电化学与PATLAB实验室，罗马尼亚国家电化学与凝聚态研究所，独立大道202号，邮编060021
摘要
背景
生物科学和医学领域需要开发一种高效且简便的电化学方法来鉴定对映体。由于苯丙氨酸对映体在生理上的不同作用，因此需要对其具有敏感性和选择性的区分能力。电化学方法在手性分析中具有显著优势，包括操作简便、成本低廉和灵敏度高。
结果
本研究设计了一种用于鉴定和定量血液样本中苯丙氨酸对映体的电化学平台。该平台基于单壁碳纳米管（SWCNT），并经过氧化锑锡（ATO-γ-CD NCs）纳米复合材料的修饰。通过扫描电子显微镜（SEM）、线性扫描伏安法（LSV）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等多种方法评估了修饰后平台的形态和电化学性能。线性扫描伏安法结果显示，在理想实验条件下，ATO-γ-CD NCs/SWCNT电极的L-Phe/D-Phe电流强度比（IL/ID）为1.65。此外，构建的电极与测量电流强度之间存在强线性关系。
意义
本研究证明，ATO-γ-CD NCs/SWCNT电极能够快速检测非外消旋苯丙氨酸混合物的对映体比例。该电极在真实生物样本分析中的有效性得到了验证，表明其为手性氨基酸分析提供了一种有前景的方法。
引言
手性是化学和生命科学中的基本概念，在生物过程和药物应用中起着关键作用。大多数生物活性化合物，包括蛋白质、氨基酸、碳水化合物和酶，都是手性的。尽管对映体在物理性质和化学结构上相同，但它们可能表现出截然不同的生物活性。在药理学中，一种对映体可能具有治疗效果，而另一种则可能无效甚至有害。
氨基酸作为手性化学物质中的重要大分子，参与生物过程。它们是蛋白质的基本组成成分，也参与细胞代谢活动，确保生物体的正常运作。苯丙氨酸（Phe）是一种在蛋白质生物合成中起关键作用的氨基酸，由DNA编码。苯丙氨酸对人类发育至关重要，是酪氨酸及其他含六元芳香环化合物（如多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素和黑色素）的前体。然而，体内苯丙氨酸水平异常可能有害。苯丙氨酸水平升高与苯丙酮尿症（PKU）相关，这是一种由苯丙氨酸羟化酶（PAH）基因突变引起的遗传性疾病，若不治疗会导致严重的神经系统损伤。最新研究表明，某些类型的癌症与氨基酸变化有关，已有研究报道苯丙氨酸与乳腺癌和肺癌之间的关联。D-Phen（实验室合成）可以抑制纤维形成，作为L-Phen淀粉样蛋白形成的调节剂，并用于PKU的治疗。因此，以优异选择性检测血清中的苯丙氨酸对映体对于患者健康监测至关重要。
对苯丙氨酸对映体进行准确高效分析的需求推动了多种分析技术的发展。传统方法（如分光光度法、荧光法、高效液相色谱法等）虽然灵敏度高，但通常成本高昂、耗时且需要专用设备。相比之下，电化学方法因操作简便、成本低廉和灵敏度高而受到重视，尤其在对手性化合物的选择性识别方面具有巨大潜力。
氧化锑锡（ATO）是一种稳定性高、导电性好且成本效益高的透明导电氧化物，具有较大的表面积和光学透明度。其多孔结构使其适合用于支撑铱基催化剂，并作为电池、太阳能电池和超级电容器等能源设备中的电极。
环糊精（CDs）是一类由6个、7个或8个葡萄糖单元组成的环状寡糖，分别称为α-CD、β-CD和γ-CD，具有环状结构和疏水内腔及亲水外表面。CDs能够高效、选择性地将多种化合物封装在其疏水腔内，形成主客体复合物，因此在手性传感器开发中具有重要意义。许多电化学方法利用CDs来检测电活性手性化合物。
单壁碳纳米管（SWCNTs）结合了一维结构、机械强度、导电性和化学稳定性，适用于复合材料、储能材料和传感器的制备。
本研究提出了一种利用ATO-γ-CD纳米复合SWCNT电极进行苯丙氨酸对映体鉴定的独特电化学平台。ATO和γ-CD的结合实现了ATO的结构稳定性和导电性、γ-CD的选择性识别能力以及SWCNT的信号放大和快速电子传输特性，显著提升了灵敏度、选择性和对映体区分能力，使该纳米复合材料在苯丙氨酸对映体检测中具有显著优势。
试剂
氧化锑锡（ATO，纳米粉末，粒径<50 nm，纯度≥99.5%），磷酸一氢钠一水合物（NaH2PO4×H2O，纯度98–102%），磷酸二氢钠七水合物（Na2HPO4×7 H2O，纯度98–102%），氯化钾
表面表征
采用SEM技术研究了传感器的表面形态（图1）。图1显示了基于SWCNT的传感器表面形态。SWCNT的SEM图像（图1a）显示表面呈颗粒状，颗粒形状不规则且边缘锋利，表明碳纳米管发生了聚集。这种现象在SWCNT中很常见，因为范德华力导致它们自组装成束状或多孔网络。
结论
成功开发了一种基于ATO-γ-CD纳米复合材料和SWCNT打印电极的新型电化学平台，用于苯丙氨酸（Phe）的对映体选择性识别。该平台表现出优异的手性识别性能，对映体识别比（IL/ID）为1.65，峰电位差（ΔEp）为0.27 V，检测限低至0.140 μM。峰电流与苯丙氨酸对映体之间存在强线性关系。
作者贡献声明
Ionela Raluca Comnea-Stancu：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验设计、概念构思。
RALUCA IOANA STEFAN VAN STADEN：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、方法学设计、资金申请、概念构思。
Jacobus (Koos) Frederick van Staden：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了“2022–2027年国家研究、发展与创新计划”框架下的“Nucleus项目”的支持，该项目由“研究、创新与数字化部”资助，项目编号为PN 23 27 03 01。作者感谢Paula Sfirloaga协助进行形态学分析。
