硼酸功能化的球形共价有机框架作为在线萃取吸附剂,用于从生物样品中选择性富集微量核苷

《Journal of Chromatography B》:Boric acid functionalized spherical covalent organic frameworks as an online extraction adsorbent for the selective enrichment of trace nucleosides from biological samples

【字体: 时间:2026年03月23日 来源:Journal of Chromatography B 2.8

编辑推荐:

  基于硼酸功能化共价有机框架(COF)的在线固相萃取与HPLC-DAD联用分析技术

  
张成江|钱珍珍|卢成亚|李玉黄|陈浩然|谭梦|张琪|张朗
遵义医科大学药学院,中国遵义563000

摘要

在这项工作中,我们设计并合成了一种新型的球形硼酸功能化共价有机框架(COF),采用了一种简便的两步策略。首先制备了乙烯基功能化的COF(TpbDva),然后通过硫醇-烯点击反应将4-巯基苯硼酸共价接枝到TpbDva上,得到了目标产物TpbDva-PBA。所得到的COF具有均匀的球形结构、高比表面积和优异的化学稳定性,并且硼酸对顺式二醇化合物具有特定的识别能力。利用这种协同效应,我们开发了一种在线固相萃取方法,结合高效液相色谱-二极管阵列检测(HPLC-DAD)技术,用于选择性富集和测定三种核苷(腺苷、鸟苷和尿苷)。在最佳条件下,该方法显示出1.00–100.00 μg L?1的宽线性范围(R ≥ 0.9990),检测限(LODs,S/N ≥ 3)为0.35至1.00 μg L?1。重复性的相对标准偏差(RSDs,n = 5)在3.7%至8.8%之间。该方法成功应用于人尿液和小鼠血浆样本中微量核苷的在线分析。在尿液中分别检测到71.70和60.04 μg L?1的鸟苷和腺苷,在血浆中分别检测到233.2和51.24 μg L?1的鸟苷和腺苷。该方法表现出良好的准确性,加标回收率在78.53%至107.1%(尿液)和76.90%至98.09%(血浆)之间,精密度也令人满意(RSDs:1.3–5.3%和1.3–8.4%,n = 5)。这项工作不仅提供了一种合成具有增强选择性的功能化COF的有效策略,还为复杂生物基质中含顺式二醇生物标志物的微量分析提供了一个多功能平台。

引言

共价有机框架(COFs)是一类由轻质元素通过共价键连接而成的高度有序的有机晶体聚合物[1]。这些材料具有独特的性质,包括大的比表面积、明确的孔结构、优异的化学稳定性和易于调节的功能基团。因此,COFs作为样品预处理的理想吸附剂受到了越来越多的关注[2],[3],[4]。特别是,COFs及其复合材料已被成功应用于各种萃取技术中,如固相萃取(SPE)、分散固相萃取(DSPE)、磁固相萃取(MSPE)和固相微萃取(SPME)。这些COF材料在从复杂基质中分离和富集微量分析物方面表现出高效率和重现性[5],[6],[7]。尽管它们被广泛使用,但原始COFs的应用机制主要依赖于非特异性相互作用,如氢键、疏水效应和π-π堆叠[8],[9],这往往导致对目标分析物的选择性有限。对COFs进行功能化已成为提高其识别和富集能力的关键策略,从而扩展了其应用范围[10],[11]。目前,功能化COFs主要是通过预功能化单体或合成后的修饰来制备的。将特定的功能基团引入COF主链可以定制其功能,从而显著提高吸附选择性。因此,将适当的识别位点引入COFs对于实现高吸附选择性至关重要。然而,开发简单温和的功能化COF合成方法以实现低丰度目标分子的选择性富集仍然是一个重大挑战。
硼酸亲和材料广泛用于选择性识别和分离含有顺式二醇的化合物。在碱性条件下,硼酸基团通过共价键与含有顺式二醇的化合物形成五元或六元环酯,而在酸性条件下这些酯会解离[12],[13],[14]。这种可逆的、pH切换的相互作用为选择性富集顺式二醇化合物提供了有力手段。迄今为止,为了提高结合亲和力和降低pa值,已经开发了四种类型的硼酸单体[15],包括引入电子吸引基团的硼酸、Wulff型硼酸、改进的Wulff型硼酸和联苯硼酸亲和配体。因此,硼酸功能化的COFs(COFs-BA)作为样品预处理的先进材料受到了广泛关注。迄今为止,已经开发了几种将硼酸基团引入COFs的合成策略,包括硫醇-烯点击反应、Suzuki-Miyaura交叉偶联和氮杂-Diels-Alder环加成反应。这些COFs-BA材料作为具有分子识别能力的独特吸附剂,已成功应用于多种顺式二醇化合物的检测和分离,如糖肽[16],[17],[18]、糖蛋白[19]、黄酮类[20],[21],[22],[23],[24]、单胺神经递质[26]、核苷[27],[28]、玉米赤霉酮[29]和大环内酯[30],[31]。这些研究证实了COFs-BA在选择性吸附和分离顺式二醇化合物方面的优异性能和巨大潜力。然而,据我们所知,尚未有关于COFs-BA用于此类化合物在线分离和富集的应用报道。
与耗时、劳动密集且容易出错的离线方法相比,在线萃取技术通过阀门切换自动化了整个过程,将样品预浓缩、分离和检测整合到一个步骤中。这种方法具有操作简便、溶剂消耗少、处理时间短、污染风险低和人为误差小的优点[32],[33]。由于这些优点,在线萃取结合高效液相色谱技术被广泛应用于食品[34]、生物[35]和环境[36]样品的分析中。核苷作为DNA和RNA的前体,在许多生物过程和临床诊断中起着重要作用[27]。然而,核苷类似物含有顺式二醇基团,在实际样品中通常含量较低,并且受到严重的基质干扰,使得准确鉴定和分析变得困难[28]。因此,选择性捕获顺式二醇结构通常是核苷分析的关键步骤。在线SPE技术的核心在于富集介质,它决定了分析方法的选择性、灵敏度和精确度。将COFs-BA材料与在线SPE结合使用可以显著提高对核苷化合物的选择性和吸附效率。
在这项研究中,我们通过一种简单温和的方法设计并合成了一种新型的硼酸功能化球形COF。所制备的COF被用作选择性富集和检测微量核苷的吸附剂。首先,使用1,3,5-三(4-氨基苯)苯(Tpb)和2,5-二乙烯基-1,4-苯二甲醛(Dva)作为构建配体来制备含有乙烯基的COF(TpbDva)。随后,通过硫醇-烯点击反应将4-巯基苯硼酸(4-MPBA)共价接枝到TpbDva上,得到了硼酸功能化的COF(记为TpbDva-PBA)。通过结合COFs的结构优势和硼酸亲和性,TpbDva-PBA表现出良好的物理化学性质和强的亲和能力,从而显著提高了富集效率。TpbDva-PBA材料被用作在线SPE与高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)联用的吸附剂,用于分析三种核苷化合物。系统优化了影响萃取效率的各种实验参数,并研究了这三种核苷的吸附选择性。最终,建立了一种基于TpbDva-PBA/SPE-HPLC的在线方法,并成功应用于生物样品中三种核苷的富集和分析。据我们所知,这是首次报道COFs-BA用于核苷化合物的在线萃取和分析的应用。

化学品和材料

1,3,5-三(4-氨基苯)苯(Tpb)和2,5-二乙烯基-1,4-苯二甲醛(Dva)从吉林中国科学院延边技术有限公司(中国吉林)获得。2,2'-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)、儿茶酚、氢醌和4-巯基苯硼酸(4-MPBA)从上海Titan科技有限公司(中国上海)获得。腺苷(≥99%)、鸟苷(≥98%)和尿苷(≥99%)从Energy Chemical有限公司(中国上海)购买。

材料表征

合成的TpbDva和TpbDva-PBA通过SEM、FT-IR、XRD和N2吸附-脱附测量进行了表征。
SEM成像显示了TpbDva和TpbDva-PBA的形态特征。如图2A所示,在低倍率下,制备的TpbDva呈现出均匀且非常光滑的球形结构。在高倍率下(图2B),TpbDva的表面显得粗糙且有皱纹,整体呈现出“茧状”形态。

结论

总之,通过一种简单温和的合成后修饰策略成功合成了一种新型的球形硼酸功能化COF。全面的表征证实,所得到的TpbDva-PBA材料具有均匀的球形结构、高比表面积和优异的化学稳定性。由于其丰富的硼酸基团,TpbDva-PBA对含有顺式二醇的核苷表现出显著的选择性吸附能力。
CRediT作者贡献声明
张成江:撰写 – 审稿与编辑、可视化、监督、项目管理、资金获取、数据管理。钱珍珍:撰写 – 初稿撰写、数据管理。卢成亚:方法学、数据管理、概念构思。李玉黄:撰写 – 初稿撰写、形式分析。陈浩然:研究、数据管理。谭梦:研究、数据管理。张琪:可视化、方法学、数据管理、概念构思。张朗:撰写 – 审稿与编辑。

伦理声明

人尿液样本:本研究中使用的尿液样本来自健康成年志愿者(实验室成员),用于方法开发。根据遵义医科大学的机构指南和1964年赫尔辛基宣言的原则,本研究使用了健康成年人的非侵入性样本,风险极小。因此,免除了机构审查委员会(IRB)的正式审查和批准。所有志愿者都被告知了相关情况。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金(编号:21765027)和贵州省自然科学基金(编号:ZK [2024] General 261)的支持。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号