近年來，資環(huán)學(xué)院陳柯副教授應(yīng)用高分辨質(zhì)譜，系統(tǒng)地建立了應(yīng)用²H同位素標(biāo)記非靶向分析（²H-SIAM）解析小分子轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的相關(guān)理論和方法。其相關(guān)研究成果以第一作者和通訊作者先后發(fā)表于自然指數(shù)期刊Analytical Chemistry (2022), 94, 7255?7263和Analytical Chemistry (2023), https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02833。

有機(jī)小分子在生命、醫(yī)藥、地球等學(xué)科中均扮演著重要的角色，解析其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化行為則一直是相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。有機(jī)小分子在非生物和生物因素的作用下會發(fā)生氧化、降解、代謝、結(jié)合等反應(yīng)，所生成的物質(zhì)可以統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。高分辨質(zhì)譜可用于解析小分子未知的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。然而，高分辨質(zhì)譜高靈敏度的特性會獲得來自非轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的數(shù)千雜信號，干擾轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的解析。應(yīng)用穩(wěn)定同位素標(biāo)記（例如¹³C，²H和¹⁵N）和相關(guān)算法，可有效過濾部分雜信號。然而，傳統(tǒng)的算法均基于¹³C標(biāo)記所開發(fā)，導(dǎo)致應(yīng)用²H標(biāo)記時(shí)存在一系列問題。陳柯副教授開發(fā)了具有廣泛適應(yīng)性的同位素輔助非靶向分析算法²H-SIAM(1.0)（https://github.com/kechen1984/2H-SIAM），可用于¹³C，²H和¹⁵N等同位素標(biāo)記小分子轉(zhuǎn)化產(chǎn)物分析。此外，該研究系統(tǒng)闡述了基于²H標(biāo)記開展小分子轉(zhuǎn)化產(chǎn)物分析的理論和方法，提出了配套的工作流程，并證實(shí)了該工作流程和²H-SIAM(1.0)算法的可靠性和適應(yīng)性。相關(guān)研究成果以Global Tracking of Transformation Products of Environmental Contaminants by 2H-Labeled Stable Isotope-Assisted Metabolomics為題，發(fā)表于Analytical Chemistry, 2022, 94, 7255?7263, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00500。

¹³C或²H標(biāo)記的小分子價(jià)格通常較為昂貴。此外，藥劑商往往無法提供同位素標(biāo)記的、新發(fā)現(xiàn)的具有重要生理或環(huán)境功能的小分子。這些因素限制了²H-SIAM的應(yīng)用和發(fā)展。氫/氘置換反應(yīng)（H/D Exchange）可采用不同的氘源（例如D₂O），在溫和的催化反應(yīng)條件下，通過氘源中的²H置換小分子中的H原子，提供廉價(jià)的²H標(biāo)記小分子。因氫/氘置換反應(yīng)可對不同類型的化合物提供選擇性或全局的²H標(biāo)記，且反應(yīng)條件溫和，適應(yīng)性廣，近年來獲得廣泛的關(guān)注。陳柯副教授通過氫/氘置換反應(yīng)，合成了新污染物6PPD的苯環(huán)選擇性氘化物6PPD-d9，并應(yīng)用自主開發(fā)的²H-SIAM(1.0)算法，解析了環(huán)境中6PPD的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。在此過程中，詳細(xì)闡述了相關(guān)理論、方法和存在的問題，并證實(shí)，自主合成的低純度²H標(biāo)記小分子也可有效開展小分子的環(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物研究。相關(guān)研究成果以題為“H/D Exchange Coupled with 2H‐labeled Stable Isotope-Assisted Metabolomics Discover Transformation Products of Contaminants of Emerging Concern”發(fā)表于Analytical Chemistry, 2023, https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02833。