研究人員開發(fā)新化學(xué)“積木”快速自組3D分子“戰(zhàn)車”

據(jù)最新一期《自然》雜志報道，美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納—香檳分校研究人員和革新醫(yī)學(xué)公司的合作者開發(fā)了一種新型化學(xué)構(gòu)件，這種構(gòu)件能像“積木”一樣簡單拼接在一起，利用他們開發(fā)的像3D打印機(jī)一樣自動化機(jī)器，可將這些“積木”組裝成具有扭曲復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D小分子。

研究負(fù)責(zé)人、伊利諾伊大學(xué)化學(xué)教授馬丁·伯克博士說，新技術(shù)以非常簡單的方式制造非常復(fù)雜的3D分子。在過去，這是擁有數(shù)十年經(jīng)驗的化學(xué)家才能進(jìn)入的“密室”，新進(jìn)展將這扇門大開，讓非常復(fù)雜的分子變得容易獲得。

在超過15年的時間里，伯克團(tuán)隊率先開發(fā)了稱為MIDA硼酸鹽的簡單化學(xué)構(gòu)件，它們通過簡單的反應(yīng)順序連接在一起以構(gòu)建小分子。他們還開發(fā)出一種分子制造機(jī)器，用這些構(gòu)件自動進(jìn)行化學(xué)合成。但MIDA模塊在很大程度上僅限于制造扁平的2D分子。

新開發(fā)的稱為TIDA硼酸鹽的化學(xué)構(gòu)件則解開了缺失的第三維度，將特定的扭曲和3D結(jié)構(gòu)直接整合到構(gòu)件中。伯克說，第一代構(gòu)件就像兒童積木，可咔噠一下拼湊起來，建造一個簡單的玩具屋。而新構(gòu)件就像為成年人打造的酷炫、復(fù)雜的積木套件，可用來建造蝙蝠俠的戰(zhàn)車。

論文的第一作者丹尼爾·布萊爾說：“制造藥物時，許多分子的設(shè)計靈感都來自天然產(chǎn)物，而具有這些3D結(jié)構(gòu)的分子往往在臨床應(yīng)用中表現(xiàn)更好。而在此之前，很難在模塊化構(gòu)件中捕獲這些結(jié)構(gòu)。”

通常情況下，化學(xué)家會花費大量時間和精力來制造單個目標(biāo)分子。通過在模塊化構(gòu)件中預(yù)先獲得大量第三維度的信息，研究人員可輕松構(gòu)建目標(biāo)分子，并觀察其如何影響分子功能。

除了包含更多功能之外，在重要的反應(yīng)設(shè)置中，TIDA硼酸鹽結(jié)構(gòu)單元的穩(wěn)定性比MIDA硼酸鹽結(jié)構(gòu)單元高1000倍。它們在水中亦非常穩(wěn)定，可在更廣泛條件下簡單地合成更多種類的化學(xué)品。

伯克表示，基于這項新技術(shù)，無論是化學(xué)家，還是非化學(xué)家，都有能力開發(fā)出新的藥物、材料、診斷探針、催化劑、香水、甜味劑等。

研究人員正在努力擴(kuò)大TIDA硼酸鹽構(gòu)件庫，并計劃以MIDA的成功作為路線圖，盡可能廣泛商業(yè)化。他們表示，現(xiàn)在可為真正復(fù)雜的分子定制構(gòu)件，這被認(rèn)為是打破傳統(tǒng)障礙的新機(jī)會。

總編輯圈點：

文中的最后一句話令人心動。無論是否專業(yè)人士，都有可能開發(fā)出新的化學(xué)產(chǎn)品，比如藥物、材料還有香水。科研人員這次提供的其實是一種新的工具和平臺，在此前研究的基礎(chǔ)上，他們進(jìn)行了升級，制造了具有3D結(jié)構(gòu)的分子新構(gòu)件，還提供了能進(jìn)行化學(xué)合成的分子機(jī)器，它幫助我們以簡單方式制造復(fù)雜分子，搭建出更加酷炫的成品和更加多樣的化學(xué)品。新技術(shù)若能成功商業(yè)化，可以打開新的大門，在降低門檻的同時，也開啟了更多可能性。(科技日報記者 張夢然)

標(biāo)簽： 積木 3D分子 戰(zhàn)車 新型化學(xué)構(gòu)件