科技日報記者 張夢然
據(jù)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(yī)學公司的合作者開發(fā)了一種新型化學構(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打印機一樣自動化機器，可將這些“積木”組裝成具有扭曲復雜結(jié)構(gòu)的3D小分子。
伊利諾伊大學化學教授馬丁·伯克和博士后研究員丹尼爾·布萊爾開發(fā)了一種新的化學構(gòu)件和下一代分子制造機器，可將它們組裝成具有3D扭曲的復雜小分子。圖片來源：弗雷德·茲威基
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(shù)十年經(jīng)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(fā)了稱為MIDA硼酸鹽的簡單化學構(gòu)件，它們通過簡單的反應順序連接在一起以構(gòu)建小分子。他們還開發(fā)出一種分子制造機器，用這些構(gòu)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(fā)的稱為TIDA硼酸鹽的化學構(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)?！?/p>
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(gòu)件中預先獲得大量第三維度的信息，研究人員可輕松構(gòu)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(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(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)在可為真正復雜的分子定制構(gòu)件，這被認為是打破傳統(tǒng)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(yè)人士，都有可能開發(fā)出新的化學產(chǎn)品，比如藥物、材料還有香水?？蒲腥藛T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(jié)構(gòu)的分子新構(gòu)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(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。
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