液相活检中基因组、转录组与蛋白质组的联合分析亟需能同步捕获并分步分离核酸与蛋白质的功能材料，但传统分离材料仅能处理单一组分，且缺乏对核酸和蛋白质吸附热力学差异的机制理解，难以在单一界面上实现两种生物分子的温和、有序、高纯度分离。共价有机框架具有高比表面积、孔径精准可调与界面微环境可设计的优势，但其在多组学一体化富集与序列分离中的作用机制尚未被系统解析，如何利用溶剂极性与 pH 双重响应实现正交释放，成为突破生物样本前处理瓶颈的关键。

武汉大学翁小成、彭双与桂波团队设计孔径精准可调的三嗪基共价有机框架，利用单链 DNA 熵驱动吸附与蛋白质熵-焓协同吸附的热力学差异，通过溶剂极性与 pH 双重调控实现核酸-蛋白质正交分步释放，成功应用于尿液游离核酸与低丰度蛋白质的高保真多组学富集，为液相活检一体化样本前处理提供了高效新方法。相关成果发表于国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》( IF15.7 )。

研究团队设计合成了一系列孔径与表面化学可精准调控的三嗪基亚胺连接共价有机框架，包括 COF-1、COF-2、COF-3 与 COF-3-OH，系统筛选发现孔径 3.9 nm 的 COF-3 对单链 DNA 与蛋白质的吸附容量与动力学达到最优平衡。红外光谱与固态¹³C 核磁共振证实亚胺键的成功形成，氮气吸附与粉末 X 射线衍射确认材料具有高结晶度、永久孔隙性与 AA 层状堆叠结构，BET 比表面积最高可达 1781 m² g⁻¹。以 Cy5 标记的 46 nt 单链 DNA 与绿色荧光蛋白为模型分子，吸附测试表明 COF-3 对单链 DNA 与蛋白质的吸附容量分别达到 7.62 wt% 与 7.48 wt%，远高于对比 MOFs 材料，且可在 30 min 内达到吸附饱和，表现出快速捕获能力。

研究人员通过溶剂极性与 pH 精准调控，实现核酸与蛋白质的正交分步释放。以 50% 乙醇水溶液为洗脱液，可将单链 DNA、双链 DNA 与总 RNA 高效洗脱，回收率超过 90%，而蛋白质几乎不被洗脱；随后使用 pH 调控的乙腈混合体系，可将强结合的蛋白质温和解离，回收率约 60%。聚丙烯酰胺凝胶电泳与荧光成像直观证实单一组分洗脱的高纯度，而 MOFs 材料因强静电作用无法实现溶剂调控的选择性释放。循环测试表明，COF-3 在 10 次吸附-洗脱循环后仍保持 89% 以上的核酸吸附容量，蛋白质吸附容量略有下降，粉末 X 射线衍射证实框架结构始终保持完整，证明材料优异的稳定性与可重用性。

等温滴定量热与分子动力学模拟揭示了差异化吸附的热力学本质。单链 DNA 的吸附为熵驱动过程，ΔH>0，主要依靠疏水去溶剂化效应；蛋白质的吸附为熵-焓协同驱动，ΔH<0，多重非共价作用提供更强结合力。分子动力学模拟显示，蛋白质与孔壁形成的原子接触数是单链 DNA 的 3 倍，相互作用能低至-355.24 kcal mol⁻¹，解释了蛋白质更强的吸附亲和力。Zeta 电位测试表明，COF-3 在水溶液中接近电中性，排除静电作用作为主导驱动力，进一步验证疏水与 π-π 作用在吸附中的核心地位。

该研究建立了基于孔径适配、热力学差异与溶剂响应的共价有机框架正交释放新策略，实现单一吸附剂对核酸与蛋白质的一体化捕获与分步分离，阐明了熵驱动与熵-焓协同驱动的差异化吸附机制。COF-3 在尿液多组学分析中展现出超越商业方法的高灵敏度与覆盖度，为液相活检的无创、高效、多组学联合分析提供了全新材料平台与技术范式。