近日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Cell》的化學(xué)類姐妹刊《Chem》（影響因子：14.104）以研究論文形式在線報道了我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院田禾院士和曲大輝教授團隊在人工分子機器上的重要研究進展，論文題為“Muscle-like Artificial Molecular Actuators for Nanoparticles” (原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.08.030 )。
動物體內(nèi)的肌肉組織能夠通過消耗化學(xué)能量來產(chǎn)生舒張/收縮運動，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械功。受到這種生物分子機器的啟發(fā)，化學(xué)家試圖通過化學(xué)合成的方法構(gòu)建同樣具有刺激響應(yīng)舒張/收縮功能的人工分子肌肉。盡管目前已經(jīng)有一些分子肌肉聚合物能夠在宏觀尺度下實現(xiàn)其肌肉一樣的致動功能，然而實現(xiàn)這種分子尺度的單個/寡數(shù)分子肌肉對納米尺度下的微小物體進行可逆致動的設(shè)想仍然存在很多研究挑戰(zhàn)：比如，如何克服單個分子肌肉本征的熱力學(xué)噪音，如何實現(xiàn)分子肌肉與納米物件的高效連接，如何表征這種分子尺度下分子肌肉的可逆致動。田禾院士和曲大輝教授研究團隊在前期對表面超分子化學(xué)（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15789; Adv. Mater. 2017, 29, 1604948）和機械互鎖分子的高效精準合成（Chem. Sci. 2016, 7, 1696; Chem. Sci. 2017, 8, 6777）的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計合成出一種具有酸堿可逆驅(qū)動的線性分子肌肉，并將其作為分子致動器，實現(xiàn)了對納米尺度下微小物體的可逆線性機械調(diào)控。同時借助我?；瘜W(xué)院龍億濤教授發(fā)展的基于暗場顯微鏡的單顆粒光電分析平臺（Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 632），研究人員成功實現(xiàn)了對單顆粒尺度下分子肌肉可逆運動行為的光學(xué)信號輸出，首創(chuàng)性地利用光學(xué)信號在時間維度可積分的策略克服了分子肌肉的單分子熱力學(xué)噪音，為分子機器在單分子尺度下的信號輸出和功能器件化提供了重要的解決思路。該工作得到了審稿人的一致高度評價：“這是一篇展現(xiàn)出機械互鎖的分子肌肉能夠調(diào)節(jié)納米粒子機械運動功能的杰出的研究，是對這個領(lǐng)域的重要貢獻”。
論文由博士研究生張琦和博士畢業(yè)生饒斯佳在曲大輝教授和田禾院士的指導(dǎo)下共同完成，該工作得到了龍億濤教授和李大偉副研究員在暗場顯微鏡測試方面的悉心指導(dǎo)，還得到了上海大學(xué)特種光纖與光接入網(wǎng)重點實驗室陳娜教授在有限元模擬上的大力支持。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體，重大項目以及111引智計劃等資金的支持。