2024年7月7日 - 在日常生活中，金属链、手铐和钥匙圈等物件都由坚固的金属环互相紧扣而成。 这种环环相扣的结构令这类物件既坚固又灵活，因而能够发挥出它们相应的功能。

　　互锁大环的 "180度转向" 能令索烃分子选择性地在与亚铜离子或与硫酸根离子的这两种结合模式之间灵活切换。 图片改编自《自然-通讯》。

　　在分子世界中，由纳米大小的分子环互相扣起所组成的分子锁链则称为 “ 索烃(catenane)”，常用于开发分子开关和分子机器。 然而合成索烃并不容易，目前科学家对其应用的研究仍然有限。 近日，香港大学(港大)化学系欧阳灏宇教授及其研究团队，成功合成出一个由两个可自由转动的分子环互锁而成的索烃，并证明其可选择性地与亚铜正离子(copper(I) cation)或硫酸根负离子(sulfate anion)高效结合。 这项发现对于在环境或生物样品中监测这些特定离子具有重要意义。

　　由于同性电荷相斥，异性电荷相吸，一个可以吸引带正电的阳离子的结合位点，通常会与带负电的阴离子发生排斥作用，从而无法产生有效结合，反之亦然。 因此，要设计一个能和正离子与负离子均有结合能力的主体分子往往十分困难。 欧阳教授的团队巧妙地在索烃的两个环上都安装了能结合正离子的联吡啶(bipyridine)基团和与负离子结合的脲基(urea)基团，令该索烃能通过两个环的灵活转动，来适当调整这些结合位点的相对位置，从而既能与亚铜正离子结合，也能与硫酸根负离子结合。 这种由不同离子控制的构象切换，使得该索烃分子就好像一只变色龙，能够改变自己的外表来适应不同的环境。 该研究成果近日已在著名科学期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。

　　亚铜离子和硫酸根离子除了在工业和环境上都有重要影响外，对于动植物的生长和发育同样至关重要。 因此，如同测量血液样品中的钠离子、氯化物和其他电解质可用于监测血压和常规健康检查一样，该索烃分子有望用于在生物样品中对这两种离子进行识别与探测，以及开发相关的诊断和检测技术。

　　港大化学系欧阳灏宇教授表示：“ 这项研究成果展示了索烃在分子识别应用方面的巨大潜力。 它具有多变的结构、可调的性质以及相应的客体结合能力，因而有望用于高性能分子传感器的研发。” 谈及未来研究计划，欧阳教授表示，他和团队正在设计和合成更复杂的索烃分子，以实现多种正离子、负离子和离子对的同时间高效结合。