脫氧核糖核酸（DNA）是生物體內攜帶遺傳訊息的分子系統，利用其兩條螺旋鏈來轉錄和放大這些訊息。科學家對開發能夠匹配甚至超越DNA 功能的人工分子系統非常感興趣。雙螺旋折疊體就是這樣一個很有前途的分子系統。

新創造的人工雙螺旋複合物可折疊成明確的螺旋結構，如蛋白質和核酸中的螺旋。由於其具有手性和構象切換特性，它們作為刺激響應型可切換分子、可調手性材料和協同超分子系統受到廣泛關注。

合成的雙螺旋單甲基折疊聚合物表現出可控的手性切換，有助於開發用於分子資訊處理的新型人工超分子系統。資料來源：東京理科大學Hidetoshi Kawai

雙螺旋折疊體不僅具有更強的手性特性，而且還具有獨特的特性，例如可以將手性訊息從一條手性鏈轉錄到另一條不具有手性特性的手性鏈上，從而有可能應用於核酸等與複製有關的高階結構控制領域。然而，由於難以平衡切換所需的動態特性和穩定性，因此對這類人工分子的手性切換特性進行人工控制仍具有挑戰性。雖然過去已開發出各種螺旋分子，但雙螺旋分子和超分子的扭轉方向逆轉卻鮮少報導。

雙組構單金屬疊層化合物的突破性進展

由理學院化學系的Hidetoshi Kawai 教授領導，包括化學系的Kotaro Matsumura 在內的日本東京理科大學研究人員組成的研究小組取得了一項突破性進展，開發出了一種新型機械結構–具有可控手性切換功能的雙螺旋單金屬疊層。 Kawai 教授解釋說：「在這項研究中，我們成功合成了一種雙螺旋單核複合物，在螺旋中心橋接了一個金屬陽離子，以平衡穩定性和動態特性。透過使用不同溶劑改變兩條螺旋線的左右纏繞方向，這些結構可以進行反轉切換”。他們的研究發表在2024年7月19日的《美國化學學會期刊》。

研究人員從兩條具有L 型單元的雙吡啶型鏈合成了雙螺旋單金屬疊層物，這些疊層物在與鋅陽離子形成複合物後形成了雙螺旋結構。 X 射線晶體學揭示了以金屬陽離子為中心的雙螺旋結構。研究人員研究了單金屬疊層在外界刺激下的可轉換性，發現雙螺旋形式的螺旋末端可在溶液中展開，形成開放形式，在高溫下更受青睞，並在低溫下重新折疊為雙螺旋形式。

螺旋控制和潛在應用

有趣的是，帶有手性鏈的雙螺旋單甲基折疊聚合物的螺旋度可根據非手性溶劑進行控制。例如，在非極性溶劑（甲苯、己烷、Et2O）中，它變成左旋或M 型，而在路易斯鹼性溶劑（丙酮、二甲基亞砜）中，它變成右旋或P 型。研究發現，引入螺旋鏈的手性鏈的構形對這種M/P 轉換非常重要。此外，他們還發現，當帶有手性鏈的螺旋鏈與不帶手性鏈的螺旋鏈混合時，螺旋的纏繞方向會傳遞並放大到不帶手性鏈的非手性鏈上，螺旋反轉能力得以保持。

Matsumura 先生強調了這一新分子的重要意義，他說：”我們合成的雙螺旋單金屬疊層化合物有望應用於新型開關手性材料，透過少量輸入就能輸出多種手性特性，並可用於開發手性感測器。

這項研究標誌著在實現人工可控雙螺旋結構方面邁出了重要一步，為新型高階分子系統和分子資訊處理鋪平了道路。

編譯自/ ScitechDaily