林子俺，福州大学研究员、博士生导师；福州大学化学学院副院长、食品安全与生物分析教育部重点实验室副主任；《色谱》、Journal of Analysis and Testing 期刊青年编委、《分析实验室》、General Chemistry、Chinese Chemical Letters 期刊编委；福建省百千万人才工程人选、福建省高层次人才（C类）、省高校新世纪人才、福州青年科技奖获得者。
林子俺研究员课题组长期从事复杂样品前处理、色谱、生物质谱基础理论及新技术开发研究。先后主持包括国家自然科学基金在内的20多项科研项目，作为核心骨干承担或参与国家基金委重点研究计划、科技部重点研究计划、国家基金委重大研究计划集成项目、山东省重点研究计划等项目的研究。2016年和2020年分获中国分析测试协会科学技术一等奖和特等奖。迄今，以第一或通讯作者身份发表SCI论文120余篇，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Mass Spec. Rev., Anal. Chem.等化学/材料学科国际权威期刊，他引4600余次，H-index 37，多篇论文入选高被引、热点或封面文章，授权国家发明专利14项。共价有机框架（Covalent organic frameworks, COFs）是一类由共价键连接的结晶性有机多孔聚合物，其内部具有均匀分布的特定大小的孔结构。面向国家在食品安全、环境和生命分析领域的重大需求，林子俺研究员课题组围绕COFs材料的精准可控合成及其在复杂样品前处理、色谱、生物质谱基础理论及新技术开发研究，近年来取得如下代表性成果：COFs材料的孔结构使其在气体存储与分离、传感、催化和光电等领域具有重要的应用价值。为了满足不同应用领域的需求，开发新的合成方法，制备不同尺寸、不同形貌的COFs已经成为国内外的研究热点。于此，该课题组首次提出室温合成球形COFs的新方法。通过调节催化剂（乙酸）和溶剂（乙腈）用量，可控地制备了一系列从纳米到微米尺度的粒径（450 nm~1.3 μm）均一的球形COFs（如图1）。同时，该课题组还对球形COFs的形成机理和影响因素进行了深入的研究，并利用电镜和谱学表征手段对其进行了详细的分析。上述成果在Journal of the American Chemical Society发表 (J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 18271)。
图1. 可控的制备不同形貌的COFs。(1) 球形COFs; (2) 多层级中空花状COFs; (3) 中空管状COFs; (4) COFs纳米片; (5) COFs纳米花。在此基础上，通过调控反应介质和条件，相继合成了多层级中空花状COFs （Chem. Commun., 2021, 57, 7362-7365，入选封面文章）、中空管状COFs（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 52417-52424）、COFs纳米片（Talanta, 2021, 233, 122497）以及COFs纳米花（Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 107201）等具有不同形貌的COFs材料。基于不同的构效关系，将其应用于组学样品前处理、液相色谱固定相、生物质谱等领域。COFs材料的功能调控主要采用前修饰、后修饰和孔道调控等策略（如图2）。功能化修饰是提升COFs的性能，拓宽COFs应用领域的重要途径。基于此，该课题组采用前修饰策略构建了新型供体-受体型COFs（Py-TT-COF），并用于谷胱甘肽的比色传感（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 41, 49482）。优选含有富电子单元芘（Py）和缺电子单元噻吩（TT）的构筑基元，通过溶剂热法成功制得Py-TT-COF。得益于Py-TT-COF独特的供-受体结构，其具有更窄的带隙能，更强的可见光的吸收能力和更高的电荷分离与传输效率。因而在光照条件下，Py-TT-COF展现出优异的类氧化酶活性，且具有易于控制、稳定性高等优点。利用Py-TT-COF优异的类氧化物酶活性，该课题组开发了灵敏的谷胱甘肽（GSH）比色检测方法，并成功用于血清样品中GSH的检测。该工作为高效COF纳米酶的设计提供了新的思路。该课题组除了采用前修饰策略外，还通过合成后修饰策略制备了Zr4+功能化的核壳结构磁性COFs 复合材料（MCNC@COF@Zr4+），并将其应用于磷酸化肽的选择性富集（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 13735）。该复合材料具有规整的孔道、大的表面积、高的Zr4+负载量、良好的磁响应性等优点，能够成功地从人血清中选择性地富集低丰度内源性磷酸化肽。该研究不仅为COFs的功能化扩宽了思路，而且为其在蛋白质组学分析中的应用开辟了新的途径。此外，该课题组还通过后修饰策略成功制备了含氟磁性共价有机骨架复合材料（Fe3O4@TpPa-F4），并用于牛奶样品中超痕量全氟化合物的富集检测（J. Chromatogr. A., 2020, 1615, 460773）。COFs内部的孔道结构对其性能与应用具有至关重要的影响，因此孔道结构的调控一直是该领域的研究热点之一。该课题组以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）为醛类单体，四(4-氨基苯基)乙烷（ETTA）为胺类单体，通过席夫碱反应成功制备了两种新型异孔COFs（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 18, 21750）。这两种异孔COFs具有的高度有序且多层次的孔道，这有利于暴露更多的活性位点，从而有效提升COF的性能。随后，该课题组通过预先设计构筑单元的长度实现了COFs 孔道尺寸的调控（Chin. Chem. Lett., 2023, 108904）。
图2. COFs材料的功能调控。(a)前修饰；(b-c)后修饰；(d-e)孔道调控。COFs材料具有高比表面积、易于功能化修饰、高孔隙率和化学稳定性强等优势，结合其独特的形貌结构和孔道效应，使其在样品前处理、膜分离、色谱固定相和质谱基质等领域得到进一步的应用。发展高吸附容量和高选择性的富集材料是实现超低丰度翻译后蛋白质/多肽检测的前提。于此，该课题组发展了一系列COFs材料在组学样品前处理中的应用。通过功能调控，开发了一系列限进性共价有机框架材料（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, 入选封底文章; Chem. Commun., 2019, 55, 3745），实现了人血清、细胞外泌体、人唾液中内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），并从HeLa细胞裂解液中富集并鉴定到3333条磷酸化肽，这是目前文献报道中捕获磷酸化肽数量最多的材料之一，充分展现出良好的应用前景（Talanta, 2021, 235, 122789）。此外，通过酸度调控COFs纳米片的胍基和磷酸基团之间的作用力，可实现人血清和唾液中内源性单/多磷酸化肽的可控精准识别。利用该纳米片可成功从10 μL人血清中富集到4条内源性单磷酸化肽，从5 μL人唾液中富集到21条内源性磷酸化肽和18条内源性多磷酸化肽，这为分子水平上揭示疾病的发生和发展提供了理论注解。借助超高分辨质谱，可从小鼠肝脏蛋白酶解液中鉴定到1101条磷酸化肽和1142个磷酸化位点，实现了小鼠肝脏磷酸化蛋白质组学的深度分析（Talanta, 2021, 233, 122497）。
基于膜的分离过程无需添加化学试剂，即可实现有机污染物快速分离，具有低成本、操作简便、环境友好等优点。基于此，该课题组采用了双活化界面聚合策略，制备出一种自支撑且具有高度有序纳米通道的阴离子型COFs（TpPa-SO3Na）膜，并将其成功应用于染料分子的高效选择性分离。由于其独特有序的孔结构和超亲水性，TpPa-SO3Na膜展现出约 270 L·m-2·h-1·bar-1 的优异透水性，且对尺寸大于 14.1 Å 的染料分子具有高的截留率（＞96 %）。同时，带负电荷的纳米通道使 TpPa-SO3Na 分离膜对带不同电荷的染料分子表现出高选择性。TpPa-SO3Na 膜具有制备简单、制备耗时短、稳定性好等优点，使其在废水处理中具有广阔应用前景（Chem. Eng. J., 2023, 456, 141008）。此外，针对人类活动和工业生产排放的含油废污染这一严峻问题，该课题组通过在织物基底上引入氟功能化COFs材料，制备了一种超浸润性的过滤膜（fabric@u-FCOF）（图4）。作者选择HAc作为催化剂，同时添加适量的苯胺以获得缓慢的均相反应，从而使醛单体（TFTA）和胺单体（TAPB）通过席夫碱反应生成的u-FCOF均匀地修饰在织物上。所制备的fabric@u-FCOF具有超疏水性，表面水接触角为151.6°，且与水之间存在超低的粘附性，但对异辛烷等典型溶剂具有超亲油性，可用于油水的高效分离。本研究为含油废水的处理提供一种新的候选膜，同时也为制备超疏水-超亲油分离膜提供了新的思路，对污水处理和环境保护方面具有一定的积极意义（J. Hazard. Mater., 2023, 459, 132149）。
图4. Fabric@u-FCOF用于高效油水分离的示意图色谱固定相作为色谱柱的核心，对色谱的分离性能有着极其重要的影响。传统硅胶基质制备工艺复杂、pH值范围窄及聚合物基质易溶胀等缺点严重限制了色谱固定相的发展。因此，开发兼具硅胶和聚合物基质优点的新型固定相以满足不同情况下的分离要求，已成为分析科学领域的研究重点和热点。于此，该课题组以色谱分离这一关键科学问题为核心，系统开展了共价有机框架结构设计、功能调控及其在色谱分离方面的应用研究。如图5所示，该课题组将微米级单分散球形COFs作为一种新型固定相应用于短柱液相色谱中，实现了疏水小分子物质的高效分离（Chem. Commun., 2021, 57, 7501，入选封底文章）。在此基础上，对COFs进行功能调控，通过功能化修饰策略，制备了新型含氟COFs填料，赋予其特定的功能，并成功应用于多氟苯、全氟烷基甲基丙烯酸酯和卤代三氟甲苯等有机卤化物的高效分离（Anal. Chem., 2022, 94, 51, 18067）。此外，该课题组还尝试将形貌规则的微米级单晶COFs材料（COF-300）填充于液相色谱柱中，成功实现了多种疏水性化合物和位置异构体的高效分离（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 9754，入选封面文章）。
纳米材料因其良好的光电性能在激光解析电离质谱（LDI-MS）领域展现出诱人的应用前景，该课题组曾在该领域发表综述文章，系统地总结并阐述了纳米材料在LDI-MS中的应用进展（Mass Spectrom. Rev., 2018, 37, 681）。近期，围绕复杂生物体系中小分子物质的检测问题，该课题组从材料的合成入手，通过开发不同形貌的COFs，建立了一系列基于COFs基质的LDI-MS新方法，应用于小分子代谢物的分析。在前期工作基础上（Anal. Chem., 2018, 90, 10872，ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 38255），该课题组采用室温合成方法制备了粒径均一、比表面积大、分散性良好的高晶型球形COF材料（COF-V），将其作为一种新型的正、负双模式激光解吸电离基底，实现了多种小分子物质的分析及糖尿病人尿液中微量葡萄糖的定量检测（Analyst, 2020, 145, 3125）。进一步对合成方法进行改进，于ITO板上直接生长COF纳米膜，可用于多种分子的检测（图6）。同时，由于膜的均匀性和稳定性，成功用于5-氟尿嘧啶（5-FU）的药代动力学研究，并对5-FU在肝脏中的分布进行了质谱成像分析（Anal. Chem., 2021, 93, 15573）。利用上述策略，将基于纳米膜的LDI-MS方法扩展到MOFs-Cu3(HHTP)2中，发展了一种高度定向的MOFs纳米膜辅助LDI-MS技术，用于血清代谢分析，并结合多元统计分析实现了对心血管疾病的精准诊断和分型（Chin. Chem. Lett., 2023, 34, 107992）。
图6. 基于COFs纳米膜的LDI-MS用于5-FU的分析及组织成像
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