生物分子馬達在生命系統中扮演著重要角色，如生命體內的ATP合成酶、進行物質運輸的驅動蛋白等，是實現正常生命活動的基礎。受到生物分子馬達的啟發，化學家們設計合成了一系列人工分子馬達和分子機器來模擬其運轉和功能。近日，我校費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心曲大輝教授團隊在實現人工分子馬達運動的集成及功能性調控方面取得重要研究進展，最新研究成果「Visible-Light-Driven Rotation of Molecular Motors in Discrete Supramolecular Metallacycles」發表於J. Am. Chem. Soc.(DOI: 10.1021/jacs.0c11752)。
位阻烯烴的分子馬達在外界光熱刺激下能夠進行360°單向可控旋轉的獨特性能已廣泛應用於離子識別、不對稱催化、手性調控等領域。然而，如何實現採用不具生物損傷性的可見光碟機動分子馬達，並通過簡便方法有效放大其分子尺度的機械運動以開發宏觀材料的動態功能，仍是極具挑戰的關鍵性科學問題。本工作中，研究者們創新性地利用Pt-N配位鍵驅動的定向自組裝策略簡便高效地實現了若干個分子馬達在同一超分子金屬大環上的穩定有序組裝，並誘導大環上分子馬達基元的轉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碟機動性；基於金屬大環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絡結構，利用分子馬達的刺激響應性，成功地將分子尺度的運動放大轉化為聚合物形貌的可控調節。該工作為實現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的應用提供了可能。
上述研究工作由博士研究生時召濤在我校曲大輝教授和華東師範大學楊海波教授指導下完成，並得到了田禾院士和伯納德·L·費林加院士的悉心指導。該工作得到了國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金委重大項目、教育部材料生物學與動態化學前沿科學中心、基礎科學中心、上海市重大科技專項等項目資金的支持。
原文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11752。