合作单位：Yangtze Normal University

魔德科技：完成分子对接和结合模式的分析

参考文献：Xiaoping, Tan, Yang, et al.. Sensors, 2018. DOI: 10.3390/s18113927 （IF = 3.72）

本文首次采用竞争性主客体识别方法，研究了阳离子柱[5]芳烃（CP5）与左旋肉碱的相互作用与传感机制。并利用CP5功能化的金纳米粒子构建了荧光传感平台（CP5@Au-NPs）作为受体，以对左旋肉碱具有高度敏感性和选择性的罗丹明123作为探针。该荧光传感平台可以用来检测人血清和牛奶中的左旋肉碱，为及时发现药物滥用并解决食品安全问题提供了指导。

背景：

金纳米材料Au-NPs具有易合成，化学稳定性高，容易表面功能化修饰等优点，因此引起了纳米技术和纳米材料领域研究人员的极大兴趣，金纳米材料的应用非常广泛，包括生物医药，传感器，催化和纳米电子学等。金纳米粒子与表面配体的相互作用也是许多应用的关键问题，例如，适当地改变纳米粒子表面的性质可以大大提高其传感器的电位。

大环芳烃在超分子化学方面具有非常重要的作用，柱芳烃是继冠醚，杯芳烃，环糊精和瓜环后，第五代大环主体分子，由Ogoshi等人在2008年首次报道。柱芳烃主要包括柱5芳烃和柱6芳烃，均由亚甲基桥连接，形成独特的刚性支柱结构。虽然目前对于柱芳烃的研究较多，但其与金纳米材料的结合以及所得杂化纳米材料的应用仍然鲜有报道。

左旋肉碱是一种天然物质，在人体脂肪酸氧化及能量的产生过程中具有关键的作用，缺乏该种物质会导致毒性的游离脂肪酸累积。因此目前有很多检测左旋肉碱的方法，比如色谱法，毛细管电泳，伏安法和荧光法等。但是目前仍然需要一种高灵敏性的工具来检测左旋肉碱。

本文主要描述了一种简单便捷的在柱[5]芳烃和左旋肉碱之间的“开关”式荧光传感平台，该平台以CP5@Au-NPs作为受体，罗丹明123作为探针分子，罗丹明对左旋肉碱具有较强的选择性和敏感性。

方案设计：

作者先构建出CP5@Au-NPs荧光传感平台，并经过荧光测试具有较好的检测左旋肉碱的效果。但CP5与左旋肉碱之间的识别模式以及二者结合的驱动力尚不清楚，因此魔德科技采用分子模拟方法对主客体之间的结合模式进行了分子层面的研究。

主要结果：

从图中可以看出R123的荧光强度在CP5@Au-NPs体系中出现了明显的淬灭现象，并且随着CP5@Au-NPs的浓度不断增加，罗丹明123的荧光强度不断降低，因此，R123可以依靠主客体相互作用与CP5结合。而当加入左旋肉碱之后，罗丹明123的荧光强度发生了逆转，逐渐增强。总的来讲，罗丹明123可以进入CP5的空腔中与其结合，并在加入左旋肉碱之后，由于竞争性的作用，左旋肉碱可以与CP5结合，并导致罗丹明的结合减弱。因此，这是一种“开关”模式。

本文采用了分子对接方法研究了CP5与左旋肉碱之间的识别模式。分子对接采用AutoDock 4.2.6软件包，由于CP5的空腔大小和左旋肉碱的分子大小，二者采用1:1的结合模式。从图中可以看出，左旋肉碱结构中带负电荷的羧基可以与CP5结构中带正电荷的N原子形成较强的静电吸引作用。而左旋肉碱的带正电荷的季氨基可以与CP5的苯环形成cation-π相互作用。

最后，本文采用1H-NMR方法对CP5与左旋肉碱的分子识别机制进行了研究。从图中可以看出左旋肉碱中的Ha和Hb质子的光谱在结合CP5之后消失了。由此可以证明CP5能够有效识别左旋肉碱分子并释放罗丹明123。