生物分子马达在生命系统中扮演着重要角色，如生命体内的ATP合成酶、进行物质运输的驱动蛋白等，是实现正常生命活动的基础。受生物分子马达的启发，化学家们设计合成了一系列人工分子马达和分子机器来模拟其运转和功能。近日，华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心曲大辉教授团队在实现人工分子马达运动的集成及功能性调控方面取得重要研究进展，最新研究成果以“基于离散超分子金属大环的可见光驱动分子马达”为题发表于《美国化学会志》。
位阻烯烃的分子马达在外界光热刺激下能够进行360°单向可控旋转的独特性能，已广泛应用于离子识别、不对称催化、手性调控等领域。然而，如何实现采用不具生物损伤性的可见光驱动分子马达，并通过简便方法有效放大其分子尺度的机械运动以开发宏观材料的动态功能，仍是极具挑战的关键性科学问题。曲大辉教授团队成员创新性地利用Pt-N配位键驱动的定向自组装策略简便高效地实现了若干个分子马达在同一超分子金属大环上的稳定有序组装，并诱导大环上分子马达基元的转子和定子之间形成推拉体系，使得分子马达的吸收波长从365纳米红移至420纳米，赋予了分子马达基元可见光驱动性。基于金属大环的正电荷骨架可进一步与带负电荷的肝素钠形成超分子聚合物网络结构，利用分子马达的刺激响应性，成功地将分子尺度的运动放大转化为聚合物形貌的可控调节。该工作为实现分子马达的聚集放大提供了新思路，为进一步拓展分子机器在宏观材料和生物体内的应用提供了可能。
该研究工作由博士研究生时召涛在华东理工大学曲大辉教授和华东师范大学杨海波教授指导下完成，并得到了田禾院士和伯纳德·L·费林加院士的悉心指导。该工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委重大项目、教育部材料生物学与动态化学前沿科学中心、基础科学中心、上海市重大科技专项等项目资金的支持。
