分子构筑新材料:“造小”艺术引发现代科技新突破
(图片来自网络)
近日,中国与荷兰科学家合作完成一项重要科技成果——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。该分子结构的灵感,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,是人类头发丝的800万分之一。
研究团队此次实现了突破,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,为仿生智能材料的研发开辟了新路径。
这项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,研究团队参观上海中心大厦时受到启发。上海中心大厦作为目前中国第一高楼、世界第三高楼,以创新技术在超高层建筑史上具有里程碑意义。其独特的内外双层螺旋外观赋予建筑空气动力学稳定性,也让我们联想到生命体系中的螺旋结构,如DNA和某些蛋白质。
研究团队提出设想:能否在非生物体系中,通过化学合成手段构建出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、结构支撑等关键功能,但此前合成的同类材料往往刚性、难降解。此次研究团队从小分子出发,将氨基酸、二硫键等生物相容分子通过动态可逆化学键连接,构筑出稳定的螺旋构象。该高分子像弹簧,加热可伸展、冷却后恢复螺旋;在特定环境下可解聚为氨基酸等人体可吸收小分子。
这一成果在生物功能材料领域展现出潜力,有望成为下一代可穿戴或可植入医疗器件的理想基底,例如柔性神经接口、靶向药物递送系统或组织工程支架等。
化学研究连接着物理规律与生命现象,大自然的“小”结构启示着科学家探索“造小”艺术。从原子到分子机器,从量子点再到金属有机框架,这些微观技术的突破正推动科技发展。未来,“造小”艺术有望在可持续能源、智能穿戴、精准医疗等领域深度融入日常生活,为解决社会发展难题提供新思路。
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