9月24日消息,据C&EN报道,德国乌尔姆大学研究人员在Nature Chemistry(DOI: 10.1038/s41557-026-02240-4)描述了首个可自主行走的合成小分子机器:一个简单的磷酸基团作为"行走者",沿一条由羟基铺就的分子轨道移动,通过环化与开环反应的交替序列完成一步步的前进。
领导该工作的有机化学家Max von Delius表示:"我们要做的只是确保燃料量保持大致恒定。"——即只要化学燃料浓度维持,分子行走者即可持续自主运动,无需外部逐step干预。
生物体内充满以马达蛋白形式存在的天然自主分子行走者(驱动蛋白、肌球蛋白等),但用合成小分子模拟这种自主性是领域内的重大挑战:基于DNA链置换的自主行走分子已存在约20年,而小分子行走者的研发长期滞后——小分子无法像DNA那样依靠可编程的碱基互补配对,必须在共价化学层面设计步进机理。磷酸基沿轨道的环化-开环交替,提供了一种全新的化学燃料驱动范式。
分子机器领域自2016年诺贝尔化学奖后持续从"开关/马达"向"定向做功"演进。自主行走的小分子机器是分子运输、分子级传感与化学组装线的关键原型件——它比生物马达小一到两个数量级,更接近未来在材料与催化场景中部署的分子执行单元,为分子机器的实用化补上了一块基础拼图。
(来源:C&EN)