研究人員開發新化學“積木”快速自組3D分子“戰車”

據最新一期《自然》雜志報道，美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校研究人員和革新醫學公司的合作者開發了一種新型化學構件，這種構件能像“積木”一樣簡單拼接在一起，利用他們開發的像3D打印機一樣自動化機器，可將這些“積木”組裝成具有扭曲復雜結構的3D小分子。

研究負責人、伊利諾伊大學化學教授馬丁·伯克博士說，新技術以非常簡單的方式制造非常復雜的3D分子。在過去，這是擁有數十年經驗的化學家才能進入的“密室”，新進展將這扇門大開，讓非常復雜的分子變得容易獲得。

在超過15年的時間里，伯克團隊率先開發了稱為MIDA硼酸鹽的簡單化學構件，它們通過簡單的反應順序連接在一起以構建小分子。他們還開發出一種分子制造機器，用這些構件自動進行化學合成。但MIDA模塊在很大程度上僅限于制造扁平的2D分子。

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

論文的第一作者丹尼爾·布萊爾說：“制造藥物時，許多分子的設計靈感都來自天然產物，而具有這些3D結構的分子往往在臨床應用中表現更好。而在此之前，很難在模塊化構件中捕獲這些結構。”

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

除了包含更多功能之外，在重要的反應設置中，TIDA硼酸鹽結構單元的穩定性比MIDA硼酸鹽結構單元高1000倍。它們在水中亦非常穩定，可在更廣泛條件下簡單地合成更多種類的化學品。

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

研究人員正在努力擴大TIDA硼酸鹽構件庫，并計劃以MIDA的成功作為路線圖，盡可能廣泛商業化。他們表示，現在可為真正復雜的分子定制構件，這被認為是打破傳統障礙的新機會。

總編輯圈點：

文中的最后一句話令人心動。無論是否專業人士，都有可能開發出新的化學產品，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，在此前研究的基礎上，他們進行了升級，制造了具有3D結構的分子新構件，還提供了能進行化學合成的分子機器，它幫助我們以簡單方式制造復雜分子，搭建出更加酷炫的成品和更加多樣的化學品。新技術若能成功商業化，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)