
近期,中国与荷兰科学家合作完成的一项新成果发表在《自然·化学》杂志上:研究团队首次在实验室中成功合成出具有明确内外双层螺旋结构的动态高分子。这一分子结构的设计灵感源自上海中心大厦的独特建筑形态,分子高度仅几十纳米、直径仅2纳米,相当于将632米高的摩天大楼缩小至约10亿分之一配资平台代理,是人类头发丝的800万分之一。实验表明,该材料展现出类似天然蛋白质的动态行为,可随温度变化伸缩、在特定条件下完全解旋,并最终降解为人体可吸收的小分子,无残留风险,这为仿生智能材料的研发开辟了新路径。
从建筑奇观到功能材料
该研究由华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心完成。2019年,研究团队在参观上海中心大厦时受到启发。该大厦于2016年建成,是目前中国第一高楼、世界第三高楼,以多项创新技术在超高层建筑史上具有里程碑意义。研究团队特别注意到,其独特的内外双层螺旋外观不仅赋予建筑独特的空气动力学稳定性,也令人联想到生命体系中的螺旋结构,如DNA和某些蛋白质。由此,研究团队提出一个科学设想:能否在非生物体系中,通过化学合成手段构建具有类似几何特征和动态功能的人工高分子?
生物体内的螺旋高分子承担着信息存储、结构支撑或催化等关键功能,其精密构型被认为是“生命密码”的物理载体。然而,数十年来,化学家虽然能合成出螺旋结构高分子,但往往基于难降解、难回收的刚性骨架,不具备天然螺旋高分子一样的动态功能。
此次研究团队从最基础的小分子出发,尝试将氨基酸、二硫键等天然的、与生物相容的“分子积木”配资平台代理,通过动态可逆的化学键连接起来,构筑出稳定的螺旋构象。不过,早期设计的分子仅靠氢键等弱相互作用维持螺旋,一旦受热或环境变化,结构便迅速“坍塌”。
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