研究核心成果 - 中国与荷兰科学家合作首次在实验室成功合成具有明确内外双层螺旋结构的动态高分子 该分子结构灵感源自上海中心大厦 分子高度仅几十纳米 直径仅2纳米 相当于将632米高的摩天大楼缩小至约10亿分之一 是人类头发丝的800万分之一 [2] - 该材料展现出类似天然蛋白质的动态行为 可随温度变化伸缩 在特定条件下完全解旋 并最终降解为人体可吸收的小分子 无残留风险 [2] - 该高分子在加热时可伸展 冷却后恢复螺旋 在碱性环境下 二硫键断裂 整个结构在可控范围内可解聚为原始小分子 成为人体代谢通路中的常见组分——氨基酸和二硫小分子 [5] 技术原理与突破 - 研究团队从最基础的小分子出发 将氨基酸 二硫键等天然的 与生物相容的分子积木 通过动态可逆的化学键连接起来 构筑出稳定的螺旋构象 [3] - 技术关键突破在于将动态共价键（特别是可逆的二硫键）与刚性氨基酸骨架巧妙结合 使螺旋结构既具备柔韧性 又能稳定存在 [4] - 该合成聚合物能以两种可逆的方式进行变化 一是能在无序结构和螺旋状结构之间来回切换 二是能分解成最初用来合成它的那些小分子 两种变化都源于内部共价键和非共价键的相互作用 [11] 潜在应用前景 - 由于具备优异的力学柔韧性 生物相容性及完全可降解性 该材料有望成为下一代可穿戴或可植入医疗器件的理想基底 例如在柔性神经接口 靶向药物递送系统或组织工程支架中应用 [5] - 在信息科技领域 分子机器拥有巨大应用潜力 例如基于分子穿梭运动的存储器件 理论上每平方厘米可存储100GB数据 尽管尚处概念阶段 但其突破现有硅基芯片存储能力极限的前景令人期待 [9][10] - 在医学领域 致力于开发可在体内靶向清除病变细胞的纳米机器人 例如2纳米大小的分子转子可通过高速旋转在癌细胞膜上打孔 实现精准杀伤 [10] 相关技术发展脉络 - 1959年 物理学家理查德·费曼预言了纳米技术的理论起源 [6] - 上世纪80—90年代 科学家相继合成出机械互锁型分子结构 即分子机器 1999年 费林加研制出首个光驱动分子马达（尺寸不足2纳米） 随后开发出分子车 三人因此获得2016年诺贝尔化学奖 [7] - 2023年诺贝尔化学奖授予量子点的发现与合成 通过将无机半导体颗粒尺寸缩小至1—20纳米范围 产生显著的量子限域效应 目前基于量子点技术的显示技术（OLED）已进入量产阶段 [8] - 2025年诺贝尔化学奖授予金属有机框架材料领域 其孔道孔径只有几纳米 可对特定尺寸气体分子展现选择性吸附 目前基于该材料的空气取水装置已在非洲干旱地区试点应用 每公斤材料每日可从低湿度空气中捕获数升淡水 [8]