手性在化学识别以及化学和生物物种之间的相互作用中起着至关重要的作用。手性纳米结构在传感、细胞*性介导和细胞成像、不对称催化和对映体分离圆偏振光源和自旋电子器件等领域具有广阔的前景。根据手性的起源，已开发出四种制备类型的手性纳米材料：①通过将手性分子（吸收或共价结合）整合到纳米颗粒中而引起的手性；②通过模板法的几何手性；③具有固有手性晶格的纳米粒子，例如硒和碲纳米晶体；④通过手性驱动力（例如圆偏振光，电场和磁场）制备的手性纳米材料。
碳点（CD）由于其独特的荧光特性，易于功能化和良好的生物相容性，在许多领域引起了极大的兴趣。值得注意的是，手性将赋予CD更多独特的特性，以增强其生物学应用前景。最近文献证明，CD的手性对细胞*性、细胞能量代谢、高尔基体成像、抗生作用、调节植物生长和调节酶活性有影响。迄今为止报道的手性CD是通过热解，微波辅助合成，电化学方法，水热法和化学氧化获得的。但是，手性的起源和结构控制仍不清楚。
基于此，苏州大学康振辉教授团队联合北京中医药大学LuFang教授报道了通过控制柠檬酸和手性氨基酸的热聚合温度来调控CD的手性，用于增强葡萄糖氧化酶（GOx）活性，进一步用于设计和制备敏感的GOx-手性CD葡萄糖传感器。相关成果以“ChiralControlofCarbonDotsviaSurfaceModificationforTuningtheEnzymaticActivityofGlucoseOxidase”为题发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces上。
图1.通过温度诱导的表面修饰控制CD的手性转移和转化的示意图。
图文解析手性CD的结构性质通过TEM、FT-IR、XPS、UV-vis和圆二色谱等仪器表征。值得一提的是，如图2f所示，℃时碳点继承了手性源的手性，而度时，碳点与手性来源相比具有相反的手性。
图2.手性CD的表征。（a）-dTyr-CD的TEM图像和尺寸分布（插图）；（b）-DTyr-CD和D-Tyr的FT-IR光谱；（c）-DTyr-CD和-DTyr-CD的C1s和（d）N1s高分辨率XPS光谱；（e）D-Tyr，-DTyr-CD和-DTyr-CD的紫外可见吸收光谱；（f）L-Tyr，-LTyr-CD，-LTyr-CD，D-Tyr，-DTyr-CD和-DTyr-CD的圆二色性光谱。
为了调查CD手性形成的原因，进行了一系列对比实验。首先设置温度梯度实验，结果发现只有当温度达到°C时，CD的手性信号才会反转。接着设置了比例梯度实验，即使添加很少的L-Tyr，所获得的CD在°C的温度下仍具有与手性源相反的手性信号，而在°C时仍保持了手性源的圆二色性吸收。另外，分析了圆二色性的CD手性的稳定性。手性CD的手性活性在强酸，强碱，高离子强度和高温条件下以及长期储存的情况下稳定。
图3.手性控制和手性CD的稳定性。（a）在不同温度（90、、、和°C）下合成的CD的圆二色光谱；（b）在和°C下以不同的柠檬酸和L-Tyr（25：1、50：1、：1和：1）比率记录的CD的圆二色性光谱;-LTyr-CDsand-DTyr-CDs在（c）不同的pH值（3.0-11.0），（d）不同离子强度（0-1.5mol/LNaCl）中，（e）（25-95°C）不同的温度，以及（f）不同的存储时间（0-90天）条件下的手性稳定性。
为验证手性反转的机理，作者选择简单的脂族氨基酸（Ser，Glu等）和类似于Tyr的芳香族氨基酸（Phe和Trp）。如图4a-f所示，当反应温度为°C时，所有CD的手性信号均由手性源传递。然而，在℃的反应温度下，由芳族氨基酸制备的CD的圆二色性信号与原料相反，而由脂族氨基酸衍生的手性CD与原料一致。
为进一步验证手性信号的反转是由于氨基酸的酰胺基与碳核的羧基之间的连接所致，使用了(S)-ABPA，其比L-Phe的酰胺基中多了一个亚甲基。如果CD的手性反转是由于芳香族氨基酸和碳核的酯化而不是酰胺化引起的，则在(S)-ABPA的亚甲基不会影响手性的反转，应该和从L-Phe获得的CD一致，手性发生反转。如图4f所示，(S)-ABPA-CD具有与(S)-ABPA相同的手性信号，表明手性源的酰胺基是形成具有手性相反信号的手性CD的关键因素。
图4.手性CD的可能合成机理。（a）L-Tyr，（b）L-Phe，（c）L-Trp，（d）L-Ser，（e）L-Glu和（f）(S)-(-)-ABPA和在和°C下制备的相应手性CD的圆二色性光谱。（g）手性CD的合成机理示意图。
葡萄糖氧化酶（GOx）是一种将葡萄糖特异性催化生成葡萄糖酸的氧化酶，已被广泛应用于生物燃料和葡萄糖生物传感器。作者将手性CD用于调节GOx催化活性，研究了CD的手性作用对GOx活性影响，并进一步测试研究了手性CD与GOx的结合情况。
图5.手性CD对GOx活性的影响。（a）GOx，GOx-CDs-1，GOx-CDs-2，GOx-CDs-3和GOx-CDs-4的酶活性，（b）SDS-PAGE和（c-f）圆二色性图，以及相应的α-螺旋和β-链的相对强度（CDs/GOx=1：3.75，平均值±SD，*P0.05和***P0.）。
此外，GOx酶传感器用于进一步验证手性CD的酶调节能力以及CD对生物传感器性能的手性作用。设计了基于GOx的直接电化学生物传感器，并制备了GOx-CDs修饰的GCE电极。制造了一个无修饰的GOxGCE电极和四个GOx手性CD修饰的GCE电极。循环伏安法（CV）测量用于评估这些基于GOx的酶生物传感器的电化学性能，最后还给出了催化机理示意图。
图6.GOx-手性CD葡萄糖传感器。（a）GOx，GOx-CDs-1，GOx-CDs-2，GOx-CDs-3和GOx-DCDs-4在N2饱和的0.1mol/LPBS溶液（pH=7.2）中的CV曲线;（b）GOx-CDs-4在N2饱和的0.1mol/LPBS溶液（pH=7.2），O2饱和的0.1mol/LPBS溶液（pH=7.2）和O2饱和的2mmol/L的CV葡萄糖溶液（蓝线）；（c）不同浓度的O2饱和葡萄糖溶液（0、0.25、0.5、1、2、3mmolL）中GOx-CDs-4的CV；（d）GOx-CDs-4葡萄糖传感器的示意图。扫描速率为mv/s。
总结与展望在这篇文章中，研究人员通过控制柠檬酸和手性氨基酸的热聚合温度来调控CD的手性。对于脂肪族氨基酸（例如Ser，Glu，Asp和Cys），CD的手性是通过手性来源转移的。对于芳香族氨基酸（例如Tyr，Phe和Trp），CD可以在°C时继承与手性原料相同的手性信号，而在更高的温度下（°C以上）获得具有反向信号的手性CD。更高的反应温度有利于手性源通过酰胺化来修饰碳核，由于氨基酸的芳香核与碳核之间的π电子共轭，产生了刚性结构，与手性来源相比，导致了芳香族氨基酸构型的弯曲和CD的反向圆二色性吸收。通过调节GOx的催化活性，将获得的手性CD进一步用于设计和制备敏感的GOx-手性CD葡萄糖传感器。这项工作为调控CD的手性提供了一种新方法，并为生物应用开发了多种手性碳纳米材料。
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