研究突破 - 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 其分子高度仅几十纳米 直径仅2纳米 相当于将632米高的上海中心大厦缩小至约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 [4] 设计灵感与科学意义 - 分子结构的设计灵感源自上海中心大厦的独特内外双层螺旋建筑形态 该大厦于2016年建成 是目前中国第一高楼 世界第三高楼 [2] - 研究团队提出科学设想：能否在非生物体系中通过化学合成手段构建具有类似几何特征和动态功能的人工高分子 [2] - 此次研究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] - 研究的关键突破口在于将动态共价键（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 [3] 应用潜力 - 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 [4] - 潜在应用领域包括柔性神经接口 靶向药物递送系统或组织工程支架 它既能适应体内复杂力学环境 又可在完成使命后安全代谢 避免传统高分子材料长期滞留引发的炎症或毒性风险 [4] - 费林加团队正致力于开发可在体内靶向清除病变细胞的纳米机器人 理想状态下 这类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 [9] 技术背景与演进 - 1999年 费林加研制出首个光驱动“分子马达” 尺寸不足2纳米 随后又开发出能在金属表面定向移动的“分子车” [6] - 费林加团队进一步将“分子马达”嵌入金属有机框架中 实现对气体分子的光控捕获与释放 相当于在固态材料内部构建了微型“分子工厂” [6] - 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 [7] - 2025年诺贝尔化学奖授予金属有机框架材料领域 其三维孔道结构的孔径只有几纳米 可对特定尺寸气体分子展现选择性吸附 基于此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 [7] 其他前沿应用前景 - 在信息科技领域 司徒塔特团队曾于2007年演示一种基于分子穿梭运动的存储器件 理论上 这一分子机器芯片每平方厘米可存储100GB数据 [8][9] - 未来 此类“造小”技术有望在可持续能源 智能穿戴 精准医疗和环境治理等领域深度融入人类日常生活 [9]