成功！天津大学构建一对镜像的超分子扭棱立方体

科普中国 · 公众号 · 科学 · 2025-01-11 10:30

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近日，天津大学胡文平、王雨、吴煌与诺贝尔奖得主詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特教授在光电功能的手性阿基米德多面体的构筑上取得成果，模拟了病毒衣壳和铁蛋白等球形生物大分子的结构与功能，成功构建了一对镜像的超分子扭棱立方体。

古希腊数学家阿基米德提出了13种阿基米德多面体。许多球形病毒衣壳和铁蛋白展现出类似阿基米德多面体的拓扑结构。因此，化学和材料科学家一直致力于复杂人工多面体的设计与合成。然而，合成具有机械性能可调和多组分结合能力的人工手性多面体仍然是一个挑战。

该项目团队开辟了光电小分子手性组装新途径，构筑了超分子扭棱立方体。他们设计并合成的超分子扭棱立方体由38个面组成。每个扭棱立方体外径达到5.1纳米，扭棱立方体内部拥有一个半径为2.3纳米的手性空腔。

这项研究实现了左手扭棱立方体和右手扭棱立方体的选择性构筑。多面体里面可以包裹一个小分子，外面也可以包裹另外一个小分子，这种自分类的包裹行为与病毒衣壳相似。这意味着用人工多面体在模拟病毒衣壳的结构和包裹行为取得新进展。该扭棱立方体在光照下可发生可逆的颜色变化，弹性和硬度可由光照调节。这为开发机械性能可调的先进光电功能材料奠定了基础。这项研究为构筑拓扑手性的人工多面体提供了全新的组装途径，在模拟生物封装材料这一方向迈出重要一步，也为设计先进的光电功能晶态材料提供了新思路。

这一研究成果1月9日发表在国际著名学术期刊《自然》上。论文通讯作者是胡文平、詹姆斯·弗雷泽·司徒塔特、王雨和吴煌教授，第一作者是吴煌。

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来源丨新华网

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审校丨徐来林林