林子俺，福州大學研究員、博士生導師；福州大學化學學院副院長、食品安全與生物分析教育部重點實驗室副主任；《色譜》、Journal of Analysis and Testing 期刊青年編委、《分析實驗室》、General Chemistry、Chinese Chemical Letters 期刊編委；福建省百千萬人才工程人選、福建省高層次人才（C類）、省高校新世紀人才、福州青年科技獎獲得者。
林子俺研究員課題組長期從事復雜樣品前處理、色譜、生物質譜基礎理論及新技術開發(fā)研究。先后主持包括國家自然科學基金在內的20多項科研項目，作為核心骨干承擔或參與國家基金委重點研究計劃、科技部重點研究計劃、國家基金委重大研究計劃集成項目、山東省重點研究計劃等項目的研究。2016年和2020年分獲中國分析測試協會科學技術一等獎和特等獎。迄今，以第一或通訊作者身份發(fā)表SCI論文120余篇，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Mass Spec. Rev., Anal. Chem.等化學/材料學科國際權威期刊，他引4600余次，H-index 37，多篇論文入選高被引、熱點或封面文章，授權國家發(fā)明專利14項。共價有機框架（Covalent organic frameworks, COFs）是一類由共價鍵連接的結晶性有機多孔聚合物，其內部具有均勻分布的特定大小的孔結構。面向國家在食品安全、環(huán)境和生命分析領域的重大需求，林子俺研究員課題組圍繞COFs材料的精準可控合成及其在復雜樣品前處理、色譜、生物質譜基礎理論及新技術開發(fā)研究，近年來取得如下代表性成果：COFs材料的孔結構使其在氣體存儲與分離、傳感、催化和光電等領域具有重要的應用價值。為了滿足不同應用領域的需求，開發(fā)新的合成方法，制備不同尺寸、不同形貌的COFs已經成為國內外的研究熱點。于此，該課題組首次提出室溫合成球形COFs的新方法。通過調節(jié)催化劑（乙酸）和溶劑（乙腈）用量，可控地制備了一系列從納米到微米尺度的粒徑（450 nm~1.3 μm）均一的球形COFs（如圖1）。同時，該課題組還對球形COFs的形成機理和影響因素進行了深入的研究，并利用電鏡和譜學表征手段對其進行了詳細的分析。上述成果在Journal of the American Chemical Society發(fā)表 (J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 18271)。
圖1. 可控的制備不同形貌的COFs。(1) 球形COFs; (2) 多層級中空花狀COFs; (3) 中空管狀COFs; (4) COFs納米片; (5) COFs納米花。在此基礎上，通過調控反應介質和條件，相繼合成了多層級中空花狀COFs （Chem. Commun., 2021, 57, 7362-7365，入選封面文章）、中空管狀COFs（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 52417-52424）、COFs納米片（Talanta, 2021, 233, 122497）以及COFs納米花（Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 107201）等具有不同形貌的COFs材料?；诓煌臉嬓шP系，將其應用于組學樣品前處理、液相色譜固定相、生物質譜等領域。COFs材料的功能調控主要采用前修飾、后修飾和孔道調控等策略（如圖2）。功能化修飾是提升COFs的性能，拓寬COFs應用領域的重要途徑。基于此，該課題組采用前修飾策略構建了新型供體-受體型COFs（Py-TT-COF），并用于谷胱甘肽的比色傳感（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 41, 49482）。優(yōu)選含有富電子單元芘（Py）和缺電子單元噻吩（TT）的構筑基元，通過溶劑熱法成功制得Py-TT-COF。得益于Py-TT-COF獨特的供-受體結構，其具有更窄的帶隙能，更強的可見光的吸收能力和更高的電荷分離與傳輸效率。因而在光照條件下，Py-TT-COF展現出優(yōu)異的類氧化酶活性，且具有易于控制、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。利用Py-TT-COF優(yōu)異的類氧化物酶活性，該課題組開發(fā)了靈敏的谷胱甘肽（GSH）比色檢測方法，并成功用于血清樣品中GSH的檢測。該工作為高效COF納米酶的設計提供了新的思路。該課題組除了采用前修飾策略外，還通過合成后修飾策略制備了Zr4+功能化的核殼結構磁性COFs 復合材料（MCNC@COF@Zr4+），并將其應用于磷酸化肽的選擇性富集（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 13735）。該復合材料具有規(guī)整的孔道、大的表面積、高的Zr4+負載量、良好的磁響應性等優(yōu)點，能夠成功地從人血清中選擇性地富集低豐度內源性磷酸化肽。該研究不僅為COFs的功能化擴寬了思路，而且為其在蛋白質組學分析中的應用開辟了新的途徑。此外，該課題組還通過后修飾策略成功制備了含氟磁性共價有機骨架復合材料（Fe3O4@TpPa-F4），并用于牛奶樣品中超痕量全氟化合物的富集檢測（J. Chromatogr. A., 2020, 1615, 460773）。COFs內部的孔道結構對其性能與應用具有至關重要的影響，因此孔道結構的調控一直是該領域的研究熱點之一。該課題組以4,4'-(噻唑啉[5,4-d]噻唑-2,5-二基)二苯甲醛（Tz）或者4,4'-(苯并[c][1,2,5]噻二唑-4,7-二基)二苯甲醛（Td）為醛類單體，四(4-氨基苯基)乙烷（ETTA）為胺類單體，通過席夫堿反應成功制備了兩種新型異孔COFs（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 18, 21750）。這兩種異孔COFs具有的高度有序且多層次的孔道，這有利于暴露更多的活性位點，從而有效提升COF的性能。隨后，該課題組通過預先設計構筑單元的長度實現了COFs 孔道尺寸的調控（Chin. Chem. Lett., 2023, 108904）。
圖2. COFs材料的功能調控。(a)前修飾；(b-c)后修飾；(d-e)孔道調控。COFs材料具有高比表面積、易于功能化修飾、高孔隙率和化學穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，結合其獨特的形貌結構和孔道效應，使其在樣品前處理、膜分離、色譜固定相和質譜基質等領域得到進一步的應用。發(fā)展高吸附容量和高選擇性的富集材料是實現超低豐度翻譯后蛋白質/多肽檢測的前提。于此，該課題組發(fā)展了一系列COFs材料在組學樣品前處理中的應用。通過功能調控，開發(fā)了一系列限進性共價有機框架材料（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 49482; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 22492; J. Hazard. Mater., 2021, 411, 125190; Chem. Commun., 2017, 53, 3649, 入選封底文章; Chem. Commun., 2019, 55, 3745），實現了人血清、細胞外泌體、人唾液中內源性磷酸化肽和糖基化肽的高效富集（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 13735; ACS Sustain. Chem. Eng., 2019, 7, 18926），并從HeLa細胞裂解液中富集并鑒定到3333條磷酸化肽，這是目前文獻報道中捕獲磷酸化肽數量最多的材料之一，充分展現出良好的應用前景（Talanta, 2021, 235, 122789）。此外，通過酸度調控COFs納米片的胍基和磷酸基團之間的作用力，可實現人血清和唾液中內源性單/多磷酸化肽的可控精準識別。利用該納米片可成功從10 μL人血清中富集到4條內源性單磷酸化肽，從5 μL人唾液中富集到21條內源性磷酸化肽和18條內源性多磷酸化肽，這為分子水平上揭示疾病的發(fā)生和發(fā)展提供了理論注解。借助超高分辨質譜，可從小鼠肝臟蛋白酶解液中鑒定到1101條磷酸化肽和1142個磷酸化位點，實現了小鼠肝臟磷酸化蛋白質組學的深度分析（Talanta, 2021, 233, 122497）。
基于膜的分離過程無需添加化學試劑，即可實現有機污染物快速分離，具有低成本、操作簡便、環(huán)境友好等優(yōu)點?；诖?，該課題組采用了雙活化界面聚合策略，制備出一種自支撐且具有高度有序納米通道的陰離子型COFs（TpPa-SO3Na）膜，并將其成功應用于染料分子的高效選擇性分離。由于其獨特有序的孔結構和超親水性，TpPa-SO3Na膜展現出約 270 L·m-2·h-1·bar-1 的優(yōu)異透水性，且對尺寸大于 14.1 ? 的染料分子具有高的截留率（＞96 %）。同時，帶負電荷的納米通道使 TpPa-SO3Na 分離膜對帶不同電荷的染料分子表現出高選擇性。TpPa-SO3Na 膜具有制備簡單、制備耗時短、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，使其在廢水處理中具有廣闊應用前景（Chem. Eng. J., 2023, 456, 141008）。此外，針對人類活動和工業(yè)生產排放的含油廢污染這一嚴峻問題，該課題組通過在織物基底上引入氟功能化COFs材料，制備了一種超浸潤性的過濾膜（fabric@u-FCOF）（圖4）。作者選擇HAc作為催化劑，同時添加適量的苯胺以獲得緩慢的均相反應，從而使醛單體（TFTA）和胺單體（TAPB）通過席夫堿反應生成的u-FCOF均勻地修飾在織物上。所制備的fabric@u-FCOF具有超疏水性，表面水接觸角為151.6°，且與水之間存在超低的粘附性，但對異辛烷等典型溶劑具有超親油性，可用于油水的高效分離。本研究為含油廢水的處理提供一種新的候選膜，同時也為制備超疏水-超親油分離膜提供了新的思路，對污水處理和環(huán)境保護方面具有一定的積極意義（J. Hazard. Mater., 2023, 459, 132149）。
圖4. Fabric@u-FCOF用于高效油水分離的示意圖色譜固定相作為色譜柱的核心，對色譜的分離性能有著極其重要的影響。傳統(tǒng)硅膠基質制備工藝復雜、pH值范圍窄及聚合物基質易溶脹等缺點嚴重限制了色譜固定相的發(fā)展。因此，開發(fā)兼具硅膠和聚合物基質優(yōu)點的新型固定相以滿足不同情況下的分離要求，已成為分析科學領域的研究重點和熱點。于此，該課題組以色譜分離這一關鍵科學問題為核心，系統(tǒng)開展了共價有機框架結構設計、功能調控及其在色譜分離方面的應用研究。如圖5所示，該課題組將微米級單分散球形COFs作為一種新型固定相應用于短柱液相色譜中，實現了疏水小分子物質的高效分離（Chem. Commun., 2021, 57, 7501，入選封底文章）。在此基礎上，對COFs進行功能調控，通過功能化修飾策略，制備了新型含氟COFs填料，賦予其特定的功能，并成功應用于多氟苯、全氟烷基甲基丙烯酸酯和鹵代三氟甲苯等有機鹵化物的高效分離（Anal. Chem., 2022, 94, 51, 18067）。此外，該課題組還嘗試將形貌規(guī)則的微米級單晶COFs材料（COF-300）填充于液相色譜柱中，成功實現了多種疏水性化合物和位置異構體的高效分離（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 9754，入選封面文章）。
納米材料因其良好的光電性能在激光解析電離質譜（LDI-MS）領域展現出誘人的應用前景，該課題組曾在該領域發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)地總結并闡述了納米材料在LDI-MS中的應用進展（Mass Spectrom. Rev., 2018, 37, 681）。近期，圍繞復雜生物體系中小分子物質的檢測問題，該課題組從材料的合成入手，通過開發(fā)不同形貌的COFs，建立了一系列基于COFs基質的LDI-MS新方法，應用于小分子代謝物的分析。在前期工作基礎上（Anal. Chem., 2018, 90, 10872，ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 38255），該課題組采用室溫合成方法制備了粒徑均一、比表面積大、分散性良好的高晶型球形COF材料（COF-V），將其作為一種新型的正、負雙模式激光解吸電離基底，實現了多種小分子物質的分析及糖尿病人尿液中微量葡萄糖的定量檢測（Analyst, 2020, 145, 3125）。進一步對合成方法進行改進，于ITO板上直接生長COF納米膜，可用于多種分子的檢測（圖6）。同時，由于膜的均勻性和穩(wěn)定性，成功用于5-氟尿嘧啶（5-FU）的藥代動力學研究，并對5-FU在肝臟中的分布進行了質譜成像分析（Anal. Chem., 2021, 93, 15573）。利用上述策略，將基于納米膜的LDI-MS方法擴展到MOFs-Cu3(HHTP)2中，發(fā)展了一種高度定向的MOFs納米膜輔助LDI-MS技術，用于血清代謝分析，并結合多元統(tǒng)計分析實現了對心血管疾病的精準診斷和分型（Chin. Chem. Lett., 2023, 34, 107992）。
圖6. 基于COFs納米膜的LDI-MS用于5-FU的分析及組織成像
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