福州科研力量参与突破：受上海中心大厦启发，中荷团队合成可降解双螺旋高分子
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螺旋聚合物和上海中心大厦结构示意图。
资料图片
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螺旋聚合物和上海中心大厦结构示意图。
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一项由华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心主导、福建高校科研人员深度参与的国际合作成果，近日登上国际顶级期刊《自然·化学》。研究团队成功构建出一种具备明确内外双层螺旋构型的动态高分子——其几何灵感直接来源于上海中心大厦的标志性双螺旋外立面。该分子高度仅数十纳米、直径约2纳米，相当于将632米高的建筑按10亿分之一比例缩放，仅为人类发丝直径的八百万分之一。实验验证显示，该材料不仅具有类似天然蛋白的热响应伸缩能力，还能在碱性环境中可控解旋并彻底降解为氨基酸与二硫小分子，最终被人体代谢系统安全吸收，无生物残留隐患。
从建筑形态到分子设计
2019年，研究团队在上海中心大厦实地考察时获得关键启发。这座2016年竣工的超高层地标，不仅是我国第一高楼、世界第三高楼，更以创新性的双螺旋风阻结构刷新了超高层建筑范式。其外立面所呈现的动态扭转形态，与DNA双螺旋及某些功能蛋白的空间排布高度神似。这一观察促使团队提出全新科学命题：能否在人工合成体系中，复现兼具几何精度与动态功能的双螺旋高分子？
长期以来，化学家虽能制备螺旋状高分子，但多依赖不可逆共价键与刚性骨架，难以实现天然螺旋体所具有的环境响应性与可逆重构能力。本次研究立足于生物相容性基础单元——氨基酸与二硫键，通过引入动态可逆的二硫键连接策略，巧妙平衡结构稳定性与功能柔性。结果表明，该高分子在加热时舒展如弹簧，冷却后自动回旋；遇碱则二硫键断裂，整条链精准解聚为原始组分，真正实现“从哪里来，回哪里去”的绿色闭环。
从福州实验室走向临床应用前景
得益于优异的力学适应性、生物相容性与完全可降解特性，该材料在福建本地生物医药产业协同创新中已显现转化潜力。例如，在柔性神经电极、靶向载药微球或可吸收组织支架等场景中，它既能贴合人体复杂形变需求，又可在任务完成后经代谢清除，规避传统合成高分子长期滞留导致的慢性炎症风险。福州大学、福建师范大学等省内高校正围绕该技术开展跨学科适配研究，加速推动其向可穿戴健康监测与微创介入器械方向落地。
“小”尺度里的大智慧
化学的本质，是在原子与分子层面解读并模拟自然法则。水分子仅含三个原子，却能在低温下借氢键自组装成无限可能的六边形冰晶结构；据估算，雪花形态组合数高达10¹⁵⁸种，远超可观测宇宙原子总数（约10⁸⁰）。这种由简单单元涌现复杂功能的机制，正是生命得以存续的底层逻辑，也为人工分子设计提供了根本范式。
回溯纳米科技发展史，1959年费曼提出“底部还有很大空间”，预言人类终将实现单分子尺度的定向构筑。此后，索瓦日、司徒塔特与费林加因开创“分子机器”领域而共享2016年诺贝尔化学奖——从光驱动分子马达到四轮“分子车”，再到嵌入金属有机框架的光控气体捕获系统，每一次突破都在拓展“分子工厂”的边界。当前，费林加团队正联合中国科研力量，探索2纳米级分子转子在肿瘤靶向治疗中的应用路径，其中近红外驱动与细胞识别特异性等关键技术，已在福州海峡两岸生医产业园开展联合攻关。
“造小”的多元实践与未来图景
2023年诺贝尔化学奖聚焦量子点——当半导体颗粒尺寸压缩至1–20纳米，其光电性质便由尺寸而非成分主导，催生OLED显示技术迭代升级；2025年诺奖则颁予金属有机框架（MOF）材料，这类孔径仅几纳米的三维结构，已在非洲干旱地区用于空气取水，单公斤材料日均产水数升。而司徒塔特团队早前演示的分子存储器件，理论密度达每平方厘米100GB，预示着超越硅基极限的信息载体可能。
尽管原子级操控设备成本高、微观动态控制难度大、系统集成仍需长期积累，但人工智能辅助分子建模、自动化合成平台及新型原位表征技术正加速成熟。未来，这类源于东方建筑智慧、成于中荷联合实验室、并在福建产学研生态中孕育转化的智能高分子，有望深度赋能可持续能源、精准医疗与环境修复等领域。
（作者分别为华东理工大学化学与分子工程学院教授，2016年诺贝尔化学奖得主、荷兰格罗宁根大学教授、中国科学院外籍院士，本报记者崔寅采访整理）
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张琦教授团队在《自然·化学》报告的这种合成聚合物之所以引人关注，是因为它能以两种“可逆”的方式进行变化：一是能在无序结构和螺旋状结构之间来回切换；二是能分解成最初用来合成它的那些小分子。这种特性类似于生物聚合物——它们也会进行这样的切换，并分解成组成它们的小分子。其他科学家之前也报告过类似的聚合物。而这次报告的机制更复杂，因为两种变化都源于内部共价键和非共价键的相互作用。
——《自然·化学》高级编辑凯瑟琳·艾什
《 人民日报 》（ 2025年12月22日 14 版）
文章来源:http://world.people.com.cn/n1/2025/1222/c1002-40628929.html
