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　　2024年7月7日 - 在日常生活中，金屬鏈、手銬和鑰匙圈等物件都由堅固的金屬環(huán)互相緊扣而成。 這種環(huán)環(huán)相扣的結(jié)構(gòu)令這類物件既堅固又靈活，因而能夠發(fā)揮出它們相應的功能。

　　互鎖大環(huán)的 "180度轉(zhuǎn)向" 能令索烴分子選擇性地在與亞銅離子或與硫酸根離子的這兩種結(jié)合模式之間靈活切換。 圖片改編自《自然-通訊》。

　　在分子世界中，由納米大小的分子環(huán)互相扣起所組成的分子鎖鏈則稱為 “ 索烴(catenane)”，常用于開發(fā)分子開關(guān)和分子機器。 然而合成索烴并不容易，目前科學家對其應用的研究仍然有限。 近日，香港大學(港大)化學系歐陽灝宇教授及其研究團隊，成功合成出一個由兩個可自由轉(zhuǎn)動的分子環(huán)互鎖而成的索烴，并證明其可選擇性地與亞銅正離子(copper(I) cation)或硫酸根負離子(sulfate anion)高效結(jié)合。 這項發(fā)現(xiàn)對于在環(huán)境或生物樣品中監(jiān)測這些特定離子具有重要意義。

　　由于同性電荷相斥，異性電荷相吸，一個可以吸引帶正電的陽離子的結(jié)合位點，通常會與帶負電的陰離子發(fā)生排斥作用，從而無法產(chǎn)生有效結(jié)合，反之亦然。 因此，要設計一個能和正離子與負離子均有結(jié)合能力的主體分子往往十分困難。 歐陽教授的團隊巧妙地在索烴的兩個環(huán)上都安裝了能結(jié)合正離子的聯(lián)吡啶(bipyridine)基團和與負離子結(jié)合的脲基(urea)基團，令該索烴能通過兩個環(huán)的靈活轉(zhuǎn)動，來適當調(diào)整這些結(jié)合位點的相對位置，從而既能與亞銅正離子結(jié)合，也能與硫酸根負離子結(jié)合。 這種由不同離子控制的構(gòu)象切換，使得該索烴分子就好像一只變色龍，能夠改變自己的外表來適應不同的環(huán)境。 該研究成果近日已在著名科學期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上發(fā)表。

　　亞銅離子和硫酸根離子除了在工業(yè)和環(huán)境上都有重要影響外，對于動植物的生長和發(fā)育同樣至關(guān)重要。 因此，如同測量血液樣品中的鈉離子、氯化物和其他電解質(zhì)可用于監(jiān)測血壓和常規(guī)健康檢查一樣，該索烴分子有望用于在生物樣品中對這兩種離子進行識別與探測，以及開發(fā)相關(guān)的診斷和檢測技術(shù)。

　　港大化學系歐陽灝宇教授表示：“ 這項研究成果展示了索烴在分子識別應用方面的巨大潛力。 它具有多變的結(jié)構(gòu)、可調(diào)的性質(zhì)以及相應的客體結(jié)合能力，因而有望用于高性能分子傳感器的研發(fā)�！� 談及未來研究計劃，歐陽教授表示，他和團隊正在設計和合成更復雜的索烴分子，以實現(xiàn)多種正離子、負離子和離子對的同時間高效結(jié)合。