一步法合成高亲水性碳球CS@2AP用于糖尿病血清中N-糖肽与外泌体的精准分析

本研究针对糖尿病诊断标志物筛选难题，开发了一种基于葡萄糖为原料、2-氨基嘌呤为功能基团的一步水热碳化法合成亲水性碳球CS@2AP。该材料对糖肽富集灵敏度达0.08 fmol μL?1，选择性比达1:1000，成功从糖尿病患者血清外泌体中捕获68种特异性糖肽，为糖尿病机制研究和液体活检提供了新工具。

　　

糖尿病作为全球性健康威胁，其发病机制解析和早期诊断始终是医学界关注的焦点。血清外泌体携带的糖基化蛋白被认为是潜在的疾病标志物"信使"，但受限于复杂生物样本中低丰度糖肽的捕获难题，这一研究方向长期面临技术瓶颈。传统糖肽富集材料往往需要多步修饰且依赖有机溶剂，而外泌体分离技术又存在效率不足等问题。

郑州大学化学学院的研究团队在《Journal of Chromatography B》发表创新成果，通过革命性的一步水热碳化法(HTC)，以葡萄糖为碳源、1,2-环氧-5-己烯为交联剂、2-氨基嘌呤(2AP)为亲水基团，在水相环境中直接合成了高亲水性碳球CS@2AP。该材料不仅实现了0.08 fmol μL^?1的超高检测灵敏度，更首次将外泌体分离与糖肽富集两大技术难题整合解决。

关键技术方法包括：1）优化HTC工艺参数制备功能化碳球；2）采用Western blot验证糖尿病血清外泌体分离效果；3）基于亲水相互作用色谱(HILIC)原理进行糖肽捕获；4）质谱分析鉴定68种特异性糖肽。所有实验均采用临床获批的糖尿病患者血清样本。

【材料合成与表征】
扫描电镜显示CS@2AP为均匀球形结构（直径约800 nm），X射线光电子能谱证实材料表面成功引入羟基和亚氨基。傅里叶变换红外光谱在1640 cm^?1处出现特征峰，验证了2AP的成功修饰。

【糖肽富集性能】
在标准蛋白HRP消化液中，CS@2AP对单糖基化肽段的富集回收率达92.3%，双糖基化肽段达88.7%。与商业化HILIC材料相比，对非糖肽的排斥效率提升3.2倍，在1:1000的糖肽/非糖肽混合体系中仍保持优异选择性。

【外泌体分离应用】
糖尿病血清样本经CS@2AP处理后，外泌体标志蛋白CD63和TSG101的Western blot信号强度较超速离心法提高1.8倍。透射电镜显示分离的外泌体形态完整，粒径分布在30-150 nm特征区间。

【临床样本分析】
从10例糖尿病患者血清外泌体消化物中，共鉴定到68种特异性糖肽，包括12种与胰岛素信号通路相关的糖基化修饰蛋白。尤为重要的是，发现3种可能参与糖代谢调控的新型糖基化位点。

该研究突破性地将材料合成、外泌体分离和糖组学分析三大技术整合，其环保的一步水热合成策略（全程仅用水作溶剂）为功能性纳米材料制备提供了新范式。所开发的CS@2AP不仅为糖尿病分子机制研究开辟了新途径，更因其卓越的富集性能，在肿瘤早筛、神经退行性疾病诊断等领域展现出广阔应用前景。Chuan-Fan Ding和Shusheng Zhang团队特别指出，这种"捕获-分析"一体化平台有望推动液体活检技术进入单外泌体糖基化分析的新时代。