溶液酸碱度调控的分子机器与分子开关

人工分子机器按其能量驱动方式可以分为化学驱动、电化学驱动和光驱动三类.溶液酸碱度调控(p H调控)驱动属于化学驱动的一种,其基本原理是通过加入酸碱性化合物调节溶液的酸碱度从而改变体系中各种组分的化学性质,实现分子机器的运动.利用溶液酸碱度调控已成为人工组装分子机器最常用的能量供应方式之一.对溶液酸碱度调控的分子机器和分子开关进行了详细综述,分别总结了基于冠醚和其他大环主体的溶液酸碱度调控分子机器与分子开关的制备及酸碱调控方法,并展望了它们在信息存储、电子器件及药物传递等领域中的应用.     

超分子机器的现状与发展趋势

人工分子机器的未来是什么?一种公认的发展趋势是面向未来智能应用的仿生可做功型软物质材料.近年来对于该领域的基础探索已初现端倪,尤其是利用超分子化学的策略,在人工分子机器的基元骨架上引入非共价组装位点,进而促进人工分子机器从离散式的运作模式集成、组装、放大至更高尺度的宏观层面,以此实现分子尺度微观运动的动态性集群式放大至宏观层面,引起超分子组装软材料的刺激响应性行为甚至是对外做功.本文将聚焦“超分子机器”这一论题,总结、讨论该领域的国内外发展现状,并展望未来发展面临的机遇和挑战.     

核酸分子计算及应用

作为一种新兴计算技术,核酸分子计算因其信息存储量大、并行性高、微型化、低能耗的优点而备受关注.核酸分子计算系统主要包括信号输入、信号处理、信号输出三个模块,其目前已经能够实现数学逻辑运算、信息处理加密、模拟神经网络的功能,或与纳米材料结合构成分子机器,有望广泛应用于数学、医学、计算机科学等各种领域.本文概述了核酸分子计算的原理、功能及其生物医学应用,重点介绍了其在构建分子机器方面的研究进展,并讨论了当下面临的挑战.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.     

基于核酸框架的分子机器

分子机器是一种由分子构建的微型设备,在受到适当的刺激如光、温度、pH或电磁场时,它能够在分子水平上执行类似宏观机器的机械运动.然而,分子机器的研究仍面临着许多技术挑战,包括如何精确控制分子机器的运动,如何构建大规模的分子机器系统等.作为有潜力的分子自组装技术,利用DNA纳米技术可以构建复杂的刺激响应纳米机器并精确调控其在分子水平的运动.本文中,我们简单介绍了DNA纳米技术的组装原理,综述了响应DNA链置换、光、热、pH和电场等不同类型刺激的核酸框架分子机器,并探讨了它们在药物递送、构建三维等离子体光学器件以及作为生物分子标尺等方面的应用.     

分子内旋转运动的精细控制

探索分子内旋转的普遍规律并发展内旋转精细可控的分子体系具有重要意义,而且相关研究可为未来发展复杂分子机器提供理论和分子基础.分子内旋转的控制主要可分为速度控制和方向控制,以及由此衍生出的对运动方式的控制.本文简要介绍了常见内旋转可控分子体系的类型,综述了本课题组在探索特殊体系的内旋转规律、基于超分子化学方法实现对分子内旋转速度的精细控制以及构筑具有复杂内旋转运动类型分子体系方面的研究进展,并对相关方面未来的发展方向进行了展望,以期为未来构筑复杂可控的旋转类分子机器提供参考.     

肽基超分子胶体

肽基超分子胶体是基于肽分子间超分子作用,自发形成且具有有序分子排布及规整结构,兼具传统胶体及超分子特性的组装体系。利用超分子弱相互作用构筑功能性胶体,不仅是人们对生命组装进程深入理解的有效手段,也是实现优异的超分子材料的重要途径。肽分子具有组成明确、性能可调、生物安全性高及可降解等优势,是超分子化学、胶体与界面化学领域重要的组装基元。基于肽的超分子自组装,能够实现多尺度、多功能的生物胶体的构筑,被广泛应用于医药、催化、能源等领域。如何通过对肽序列的设计及分子间作用力的调控,实现对胶体结构和功能的精确控制,是近年来研究的重要课题之一。从分子尺度研究和揭示超分子胶体的组装过程及物理化学机制,探究胶体结构与功能的关系,是实现超分子结构和功能化的重要内容。本文基于"分子间作用的调控"及"结构与功能的关系"两个基本科学问题,系统地综述了肽基超分子胶体的组装机制、结构与功能,以及研究现状。     

肽超分子自组装:结构调控和功能化

生物分子自组装对生物体有重要意义,利用生物分子构筑具有功能性的有序组装体一直是人们关注的焦点.肽分子是一类重要的组装基元,肽的超分子自组装可形成多种纳米或微米尺度的结构,并可应用于能源、医药等领域.如何实现肽自组装结构的精准调控以及精准调控肽自组装实现功能化,是目前该领域面临的新挑战.肽的自组装是基于非共价键力的协同作用实现的,通过各种因素调节这些非共价键力的作用,是实现自组装结构调控和功能化的关键.虽然自组装结构调控可以通过改变外部环境调控,但是通过精确分子设计、组装基元分子间的相互作用调控可以更好地实现结构的精准调控;并有利于进一步通过引入功能性分子作为组装基元,实现自组装体的功能化.本文将针对肽自组装体的结构调控以及功能化两个方面对相关研究进行综述.     

糖超分子水凝胶在组织工程领域的研究进展

组织工程的一般策略是使用生物支架作为人工基质替代天然细胞外基质(ECM)支持细胞的生存和各项功能,从而形成新的组织.作为一类重要的生物大分子,糖质(glycan)是ECM的主要组分,其所承载的基质和信息功能使其成为一种极有潜力的制备组织工程支架的原材料.与此同时,基于可逆非共价相互作用的水凝胶,因其可以实现对水凝胶时空结构的精确操纵,从而模拟细胞所需的生存环境,促进组织的再生修复,近年来得到了重视和研究.本文从模拟ECM的结构和功能切入,将糖质功能与非共价作用结合起来,介绍多种糖动态超分子水凝胶的设计思路和构筑原理,讨论其在组织工程应用中需要实现的关键性能,并对其在该领域的发展趋势进行展望.     

超分子聚集体构筑单元的分子设计及其自组装研究进展

超分子聚集体因有着丰富的形貌和多样化的功能,并具有良好的可调控性,而备受广大超分子科学家的关注。不同结构的超分子聚集体在新材料开发、药物传输、生物成像和医疗卫生等领域均有着极其重要的研究价值和应用前景。基于在不同领域中超分子聚集体的应用特点,其自组装构筑单元的设计方法也有着诸多的选择,如何高效地设计并制备有价值的超分子体系构筑单元已经成为超分子化学研究的一个重要课题。基于超分子聚集体自组装过程的影响因素,对超分子聚集体构筑单元的主要设计方法和思路进行了总结和分析,为后续不同体系超分子聚集体构筑单元的设计及其自组装过程的相关研究提供重要的参考。     

具有分子机器、分子开关功能的自组装超分子体系

本文介绍了具有分子梭或分子开关性质的新型轮烷和索烃超分子以及具有分子机器功能的其它类型化学和生物分子的国际研究最新动态。     

胆甾类人工受体的分子识别研究进展

人工受体分子识别研究是生物有机化学的前沿领域之一。综述了近年来以胆甾 为构筑单元建造的人工受体在分子识别方面的研究进展。     

浅谈2016年诺贝尔化学奖:分子机器

2016年诺贝尔化学奖颁给了Jean-Pierre Sauvage、Fraser Stoddart和Ben Feringa,以表彰他们在设计与合成分子机器领域的卓越贡献.分子机器是模拟自然界的生物大分子机器或宏观机器的分子,科学家通过精巧的设计,利用有机合成反应构建这些内部能相对运动的分子,实现从分子层面的精确控制.本次诺贝尔化学奖颁给了尚无实际应用的分子机器,给未来带来了无限可能.     

环糊精超分子凝胶的构筑及其功能

环糊精作为一种具有良好的水溶性和生物兼容性的大环主体,因其对无机、有机和生物底物的特异性键合而倍受关注。凝胶材料则凭借其结合了固体弹性以及液体流动性等特性而有着广泛的应用。环糊精超分子凝胶融合了环糊精和凝胶的优势,在软材料领域研究中有着特殊的重要意义。本文从环糊精凝胶的构筑出发,从氢键、主-客体键合和离子相互作用等方面对其形成超分子凝胶的驱动力进行讨论,并对超分子凝胶在生物、检测、吸附及智能材料（包括滑动环类材料）领域的最新研究进展进行综述,为构筑新型环糊精超分子凝胶、开发该类凝胶的新功能提供参考。最后,对环糊精超分子凝胶的应用前景进行了展望。     

旋转型单分子机器

分子机器是一种分子水平上的机器,它是一类通过外部刺激（如化学能、电能、光照等）将能量转化为可控运动的分子器件。由于人工分子机器在纳米科技领域的应用越来越普遍,已经引起人们的广泛关注。人工合成的分子机器在模拟机器运动时主要有线性运动和旋转运动两种基本运动方式,本文重点介绍了几种旋转型的单分子机器,包括分子齿轮、分子转门、分子闸和分子棘轮、分子马达等。这类分子机器的结构特点是由轴、转子和定子三部分组成,其运动特点是转子通过轴围绕定子进行双向或单向旋转。本文在介绍这类分子转子的同时,简单讨论了其设计理念和在溶液状态下所表现出的动力学行为,同时还展望了分子转子和分子马达的发展前景和面临的挑战。     

基于冠醚衍生物的超分子聚合物

自组装现象是生命科学最本质的内容之一,生物体系可以精确地利用非共价键相互作用形成高度有序的功能组装体.受到大自然的启发,近年来利用分子自组装构筑包括超分子聚合物在内的有序聚集体是超分子科学的研究热点.此类组装体不仅在拓扑学上具有重要的意义,而且可以用来制备动态的超分子功能材料.冠醚作为第一代超分子主体化合物,由于其结构...     

基于24-冠-8大环化合物构筑的人工分子器件和分子机器

简要阐述了分子器件和分子机器的相关概念,按照调控方式分类综述了基于24冠8的准轮烷、轮烷和索烃大环化合物构筑的分子器件和分子机器等在超分子领域的研究进展并对研究前景作了展望.     

水溶性共轭聚合物分子刷的研究进展

水溶性共轭聚合物研究属于国际前沿研究领域,因其具有水溶性和超级信号放大作用,在生物传感领域展现出良好的应用前景.但由于传统水溶性线型共轭高分子两亲性结构特点,其含有的憎水性刚性共轭链在水溶液中易聚集,水分子对共轭链激发态的影响导致其发光效率低(一般小于30%),严重制约了其应用与拓展.如何方便有效构筑高分子的高支化是获得高荧光效率的关键.在本篇综述中,我们综述了水溶性共轭聚合物分子刷的合成技术,分析了其结构与光学性质的关系,为水溶性共轭聚合物分子刷的设计和制备提供指导.另外,总结了水溶性共轭聚合物分子刷在化学生物传感、生物成像、药物运输、癌症治疗等领域的应用,最后对水溶性共轭聚合物分子刷存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望!     

氨基甲酸酯型石胆酸分子裂缝的微波合成

利用人工受体与适当底物间的分子识别以建立仿生模型的研究已成为生物有机化学的前沿领域之一。作为一类新型的人工受体,分子裂缝近年来在分子识别、生物传感、外消旋体的拆分、分子器件等领域引起越来越多的关注[1-3]。胆甾因其具有刚性的凹面结构和固有的手性,是构筑钳形人工     

蛋白质分子机器的结构动态的多尺度多方法研究

蛋白质构成了生物体内最重要的分子机器,对蛋白质分子机器动态特性的了解、运作机制的揭示有助于实现对其功能的调控.本文对蛋白质分子机器结构动态的研究方法进行了全面而系统的综述,从空间分辨率、时间尺度、离体与原位等角度,对不同方法的特点和应用进行了深入的分析,指出了它们的优势和不足以及多方法整合联用的策略.文章还对未来蛋白质分子机器结构动态研究的发展方向进行了展望,提出了前瞻性的观点.