识别和分离对映异构体对化学工程师来说是一项艰巨的任务——有人可能会说这让他们有点头疼。

对映异构体是具有几乎相同成分的分子，它们相互镜像，就像左手和右手一样。在化学中，这种性质称为手性。尽管它们的组成相似，但所谓的左手和右手对映异构体通常表现出非常不同的特性。有时药物具有引起不良影响的对映异构体。例如，某些药物有一种对映异构体会引起头痛，而另一种可以缓解。

贝克曼高级科学技术研究所研究员、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学和生物分子工程助理教授肖苏表示，美国使用的前500种药物中有一半以上是对映体。Su与UIUC博士生Jemin Jeon和研究科学家Johannes Elbert最近开发了一种电化学对映异构体与其孪生体的系统。

集团的发展对药品制造业具有重大意义。由于新药通常需要是外消旋的 - 包含偶数50-50的左手和右手对映异构体混合物 - 他们的系统将使药物开发人员更容易地确定给定药物中对映异构体的比例，并最终导致更有效的分离方法。

“当你生产一种药物时，你想知道每种对映异构体有多少，”埃尔伯特说。“这就像一种质量控制形式。

他们的论文发表在Advanced Functional Materials上。

为了有效地将一种对映异构体与其镜像对应物区分开来，研究人员使用了一类多功能的含金属聚合物，也称为“金属聚合物”，用于储能，水处理和选择性分离。从历史上看，这些金属聚合物在对映异构体识别方面的用途有限，因为它们通常缺乏手性或手性。

通过在金属聚合物中添加手性中心，研究人员可以使用它们对两种对映体分子进行电化学检测：例如，用于有价值的药物的分子。

“这里很酷的科学进步是，我们能够证明这些具有手性的氧化还原聚合物可以成为非常好的传感器，并与它们首选的对映异构体相互作用，”Su说。

对映异构体识别始于聚合物上化学设计的构建块，称为“氧化还原中心”。氧化还原中心允许聚合物通过电子转移进行还原和氧化(因此聚合物的波特曼托名称)。该过程允许来自聚合物的氧化还原中心通过电流和电位的变化结合，从而感知对映异构体。

“我们基本上创造了一类手性金属聚合物，可以作为未来许多对映选择性研究的平台，”Su说。

此外，该研究首次展示了一种称为超分子手性的现象，这是一种有趣的特征，其中聚合物比氧化还原中心构建块本身表现出更多的手性。研究人员利用这种超分子手性来放大传感效应，这是对过去传感方法的有效升级。

“使用电化学方法，无需添加任何外部添加剂，如化学添加剂，”苏说。“这是一种纯粹基于电输入和电读数的传感方法，使其使用灵活且模块化。”

尽管已经存在关于手性传感器的研究，但许多仅限于一次性使用。但是伊利诺伊州研究人员的传感器被动员到一个接口上，允许它重复使用。

虽然他们新开发的传感器方法仍然被认为是概念证明，但研究人员已经确定了他们的下一步。

“现在我们已经证明了传感和识别特性，下一步是将这些特性转化为分离，”苏说。“现在我们的系统在手性传感方面非常有效，但除此之外，我们希望创造设备和更好的材料，以便能够完全纯化对映异构体。