在爱尔兰科学基金会的资助下,都柏林三一学院先进材料与生物工程研究中心(AMBER)的研究人员近日成功合作,建立了由36个铜原子以及96个单独组分组成的“分子笼”。分子笼像是一种具有特异功能的搬砖工,可以将参与化学反应的分子转运到特定位置并参与反应。此次的新型分子笼具有特异性结构,能捕获不同特定功能结构的分子,因此可以最大限度提高化学反应中分子转移效率,将来也有可能用做传感器以及药物传输。让人难以置信的是,一茶匙这样的分子笼粉末可以提供具有一整个足球场那么大(m2/g)的比表面积(单位质量物料所具有的总面积),这种超大的比表面积可以增加反应活性位点以及分子储存能力。该研究成果已经发表于《NatureCommunication》杂志上。总而言之,该分子笼具有两个结构特征:1.具有超大比表面积,这样的超大比表面积可以与其溶解性相结合,使其在能量转换上具有巨大潜力;2.具有空心笼结构,空心笼结构允许不同分子分散在笼中。而空心笼结构是“金属-有机多面体”(MOP)进一步应用的关键,因为材料可以对分子进行“包装”,以便化学反应在特殊条件存在情况下才能起反应。以生物传感及药物传输为例,药物可以包裹在相应的MOP(即分子笼)中,只有当其运输到特定靶向位点,受到特定生物分子触发才最终将药物从笼中释放出来。主持该项目的研究员WolfgangSchmitt说道:“我们基本上创造出了可以容纳不同分子的分子‘烧瓶’或者是更好的‘海绵’,并且只有才特定的条件激发是才能激活它们。但是随着分子笼的应用不断增加,其目标系统以及环境也变得越来越复杂,这样他们进一步发展就受到了内腔大小以及比表面积大小的限制。”“我们刚刚建立的MOP是迄今最大的MOP材料,其超大的笼结构可以为反应提供许多不同的靶向位点。同时纳米级的分子笼可以改变限制在笼子分子反应的性质,因此这样的分子笼可以促进不同的化学反应。这样这些分子就可以模拟生物酶的作用了”。最后,研究人员也希望开发具有光响应功能的多孔有机-金属材料,并将其运用到绿色能源中,希望可以通过这种材料简单地将太阳光转化成化学能,“复制”植物的光合作用。
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