SIGS科研 | 欧阳证团队在手性分析领域取得新进展

手性和生命息息相关。生物体中的生物分子都是存在手性的：它们存在两种形式，彼此镜像，称为对映体；但它们的结构不同，一般只有一种对映体可供生物体使用。鉴于生物系统存在的特有的手性环境，药物的主要成分通常也是手性的——即一种对映体往往产生所需的治疗效果，而另一种是无活性的，或者在某些情况下可能有害。二十世纪中期的“反应停”事件，就是因为使用未经纯化的手性药物，沙利度胺，导致1万多名新生儿出现先天缺陷。然而，由于手性对映体之间的化学和物理性质高度相似，导致对映体的分离难度很大。目前，分离手性对映体依赖高手性纯度的化学环境，这导致合成和筛选药物的周期长、成本高、效率低。

近日，清华大学深圳国际研究生院欧阳证教授与其合作者在手性分子质谱分析技术研究方面取得新进展。团队提出了一种电场诱导的离子定向旋转技术，通过使用双交流电（AC）共振激发来控制离子的旋转方向，使对映体离子与中性气体碰撞时产生碰撞截面积的差异，进而在离子轨迹上分离两种对映体离子。结合团队先前提出的超高场超高分辨离子云扫描技术（分辨率大于1万），在清谱科技Mini β小型质谱仪器平台上实现了对手性对映体离子的直接质谱分析（图1）。

图1. 离子定向旋转技术实现手性质谱分析的原理示意、仪器设置和仿真模拟

团队首先以(R)-(-)-1,1'-联-2-萘酚二(三氟甲磺酸酯)和(S)-(+)-1,1'-联-2-萘酚二(三氟甲磺酸酯) “螺旋桨分子”为模型，详细考察了该方法的物理分离特性。进而，对多种手性化合物，包括药物、生物代谢标志物、糖类以及氨基酸等展开分析测试，展现该方法的普适性。值得一提的是，该方法所需要样品量仅为纳克级，在1分钟内即可对药物分子进行手性纯度定量和分子结构分析。相比之下，其他分析方法需要的样品量一般是1000倍，且分析流程更为复杂（图2）。

图2. 离子定向旋转技术在不对称氢化反应催化剂 快速筛选中的应用

本研究由清华大学深圳国际研究生院欧阳证教授、清华大学精密仪器系周晓煜副教授与清谱科技及清华大学化学系刘强副教授课题组合作完成。相关成果以“手性分子质谱分析技术（Differentiating Enantiomers by Directional Rotation of Ions in a Mass Spectrometer）”为题于2024年2月9日发表在《科学》（Science）杂志上 (DOI: 10.1126/science.adj8342)。

论文通讯作者为清华大学深圳国际研究生院欧阳证教授，第一作者为清华大学精仪系周晓煜副教授，其他作者还包括精仪系2020级博士生王卓凡、2022级博士生李帅、清谱科技首席科学家卜杰洵、化学系2020级博士生荣先乐和刘强副教授。研究得到了清华大学化学系瑕瑜教授、精仪系马潇潇副教授与张文鹏副教授的大力帮助。该研究由国家自然科学基金项目支持。

论文链接：

相关媒体报道

Nature：Mirror-image molecules separated using workhorse of chemistry

Science: Enantioselective Mass Spec, Of All Things

科技日报：全球首次使用物理方法高效分离手性物质

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文|周晓煜

编辑|叶思佳

审核|陈超群

排版|钟有