基于原位封装策略的胃蛋白酶@共价有机框架纳米生物杂化平台构建及其高效手性分离性能研究

本研究针对酶@COFs复合材料在手性分离中存在的酶负载量低、稳定性差等难题，创新性地采用原位封装策略将胃蛋白酶(Pepsin)锚定于小孔径TpPa-1 COF中，构建了具有高密度手性识别位点的毛细管电色谱开管柱(OT-CEC)，实现了β-阻滞剂等多种手性药物的高效分离，为开发高性能手性识别平台提供了新范式。

　　

在药物研发领域，手性分子的左右旋对映体往往表现出截然不同的生物活性和毒性。尽管酶因其天然手性结构被视为理想的手性识别材料，但游离酶的稳定性差、回收困难等问题长期制约其应用。共价有机框架(COF)虽具有高比表面积和规则孔道，但传统方法难以将大尺寸酶分子有效封装至小孔径COF中。更棘手的是，高效液相色谱(HPLC)手性固定相(CSP)需要消耗大量材料，而现有毛细管电色谱(OT-CEC)技术又面临材料分散性差、酶负载量低的困境。

针对这些挑战，南京某研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究，开创性地将原位封装策略应用于手性分离领域。通过优化合成条件，在室温水相中实现胃蛋白酶(Pepsin)与小孔径TpPa-1 COF的一步组装，并创新性地在毛细管内直接生长Pepsin@TpPa-1复合材料，构建出具有高密度手性识别位点的OT-CEC开管柱。该工作不仅首次将酶-COF复合材料应用于CEC手性固定相，更通过分子水平机制研究揭示了酶活性与手性选择性的正相关性。

关键技术方法
研究采用水相室温一锅法合成Pepsin@TpPa-1，通过调节酶/COF前体比例优化封装效率；利用APTES硅烷化修饰毛细管内壁作为生长基底；采用紫外光谱、圆二色谱等技术表征材料结构；以色氨酸(Trp)为模型分子评估对映体过量值(e.e.%)；通过分子对接模拟阐明手性识别机制。

研究结果

Material synthesis and characterization
通过原位封装策略在2 mL反应体系中获得4.54 mg复合材料，酶负载量接近饱和。表征显示COF成功包裹酶分子并保持其天然构象，圆二色谱证实手性结构完整保留。

Enhanced chiral separation performance
构建的OT-CEC柱对β-阻滞剂(普萘洛尔e.e.%>99%)、酯酶抑制剂等6类手性药物实现基线分离，柱效较传统CSP提升3倍，连续使用200次后分离效率仍保持90%以上。

Molecular recognition mechanism
分子模拟揭示胃蛋白酶通过Trp-39、Asp-32等残基与对映体形成差异氢键网络，其催化活性中心构象变化直接影响手性识别效率。

结论与意义
该研究突破性地将原位封装策略拓展至手性分离领域，创建了首个基于酶-COF复合物的OT-CEC手性固定相。所开发的Pepsin@TpPa-1平台兼具高酶负载量(较传统方法提升5倍)和卓越稳定性(4℃储存60天活性无损)，为手性药物分离提供了新型"通用型"材料。通过阐明酶活性-手性选择性关联规律，为理性设计高性能生物杂化材料奠定理论基础。这种将COF可编程特性与酶分子识别优势相结合的研究范式，有望推动手性分离技术向绿色化、微型化方向发展。