中科院化學(xué)所研究員江華領(lǐng)導(dǎo)的課題組與歐洲化學(xué)生物學(xué)研究所（法國）Ivan Huc教授合作在人工合成分子機器研究中取得重要進展，通過動態(tài)組裝構(gòu)建了基于螺旋與線型分子主客體相互作用的分子機器，并在分子水平上實現(xiàn)對其運動的調(diào)控。由此建立的模塊設(shè)計和動態(tài)組裝方法為設(shè)計新型多位點控制的超分子自組裝體系開辟了新途徑。這一研究結(jié)果發(fā)表在近期出版的《科學(xué)》雜志上。

納米生物分子機器廣泛存在于生物體的重要生理過程中，并發(fā)揮重要作用。如何通過化學(xué)自組裝方法來構(gòu)筑分子機器，并研究其獨特的作用和功能是生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和超分子化學(xué)等交叉領(lǐng)域中一個富于挑戰(zhàn)性的研究課題。

江華課題組設(shè)計合成喹啉螺旋基元及其低聚物，在螺旋空腔兩端引入不同的螺旋基元分別構(gòu)筑了具有封閉空腔的單螺旋和雙螺旋分子膠囊，該螺旋分子膠囊與不同鏈長的烷基二元醇形成主客體超分子絡(luò)合物。這些成果為設(shè)計輪烷類分子機器奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在經(jīng)典的輪烷分子機器中，環(huán)狀分子必須通過不可逆的方式固定在線型客體分子上，因此在合成這類分子機器時面臨很大困難和挑戰(zhàn)。為突破這些制約，研究人員采用動態(tài)自組裝方法使螺旋分子很慢地纏繞到線型客體分子上，一旦形成螺旋—線型分子主客體絡(luò)合物后，螺旋分子就能夠在線型分子上快速運動而不發(fā)生離解。在主客體絡(luò)合物形成過程中螺旋分子發(fā)生解折疊和再折疊，同時螺旋分子的長度必須和線型分子的絡(luò)合點嚴格匹配，但是不要求二者間的不可逆固定。這是與經(jīng)典的輪烷分子機器的顯著不同，也是合成該類分子機器的最大優(yōu)勢。研究人員利用質(zhì)子化和去質(zhì)子化，實現(xiàn)了對螺旋分子運動的調(diào)控。

本項研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院以及化學(xué)所的大力支持。