生物分子馬達在生命系統(tǒng)中扮演著重要角色，如生命體內(nèi)的ATP合成酶、進行物質(zhì)運輸?shù)尿?qū)動蛋白等，是實現(xiàn)正常生命活動的基礎(chǔ)。受生物分子馬達的啟發(fā)，化學(xué)家們設(shè)計合成了一系列人工分子馬達和分子機器來模擬其運轉(zhuǎn)和功能。近日，華東理工大學(xué)費林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心曲大輝教授團隊在實現(xiàn)人工分子馬達運動的集成及功能性調(diào)控方面取得重要研究進展，新研究成果以“基于離散超分子金屬大環(huán)的可見光驅(qū)動分子馬達”為題發(fā)表于最新一期《美國化學(xué)會志》。

位阻烯烴的分子馬達在外界光熱刺激下能夠進行360°單向可控旋轉(zhuǎn)的獨特性能已廣泛應(yīng)用于離子識別、不對稱催化、手性調(diào)控等領(lǐng)域。然而，如何實現(xiàn)采用不具生物損傷性的可見光驅(qū)動分子馬達，并通過簡便方法有效放大其分子尺度的機械運動以開發(fā)宏觀材料的動態(tài)功能，仍是極具挑戰(zhàn)的關(guān)鍵性科學(xué)問題。曲大輝教授團隊成員創(chuàng)新性地利用Pt-N配位鍵驅(qū)動的定向自組裝策略簡便高效地實現(xiàn)了若干個分子馬達在同一超分子金屬大環(huán)上的穩(wěn)定有序組裝，并誘導(dǎo)大環(huán)上分子馬達基元的轉(zhuǎn)子和定子之間形成推拉體系，使得分子馬達的吸收波長從365nm紅移至420nm，賦予了分子馬達基元可見光驅(qū)動性。基于金屬大環(huán)的正電荷骨架可進一步與帶負電荷的肝素鈉形成超分子聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用分子馬達的刺激響應(yīng)性，成功地將分子尺度的運動放大轉(zhuǎn)化為聚合物形貌的可控調(diào)節(jié)。該工作為實現(xiàn)分子馬達的聚集放大提供了新思路，為進一步拓展分子機器在宏觀材料和生物體內(nèi)的應(yīng)用提供了可能。

此項研究工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金委重大項目、教育部材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)前沿科學(xué)中心、基礎(chǔ)科學(xué)中心、上海市重大科技專項等項目資金的支持。(王春)