组装制备与模拟

生物分子模拟应用研究

中国科学院大连化学物理研究所李国辉研究员团队与上海生物化学与细胞生物学研究所杨巍维研究员团队合作，通过分子动力学模拟的手段，解释了胶质瘤细胞中关键氨基酸的磷酸化过程对肿瘤细胞生长的影响，相关结果发表于Molecular Cell。运用分子动力学模拟的方法，针对T243磷酸化前后PGK1与底物结合的分子机制进行研究，并发现T243的磷酸化影响了另一关键氨基酸(K216)的侧链朝向，进而对PGK1和底物结合的关键相互作用产生影响，导致磷酸化前后底物与PGK1亲和力发生明显变化。这一发现，从分子层面对实验结果进行了验证，并为胶质瘤治疗的新策略提供了详细的理论依据。

T243的磷酸化影响了另一关键氨基酸(K216)的侧链朝向（图片来源于中国科学院大连化学物理研究所）

键能方法学创新与当代有机化学的理性发展

南开大学化学学院程津培院士团队以“键能方法学创新与当代有机化学的理性发展”为题发表了“前瞻性”文章于JACS。化学反应的本质是通过化学键的断裂和再构实现键的重组。因此，化学键的能量，即键能是控制这一过程最核心的本征要素，是决定反应的内因。实际研究中键能作用的所谓“失效”，主要是由于人们不恰当地使用键能数据如用传统的线性分析处理多元复杂体系，或者使用了不适宜的键能数据源造成。针对当今化学研究中面临的复杂和多元特征，应改变过去只考虑单一变量的思维模式，多维度、睿智地使用键能来理解复杂的化学反应体系。

DNA—二氧化硅固态纳米结构的制备

中国科学院上海应用物理研究所研究员樊春海、亚利桑那州立大学教授颜颢等合作提出了一种框架核酸诱导的团簇预水解策略，实现了精确可控的DNA-二氧化硅固态纳米结构的制备，研究论文发表于Nature。将框架核酸作为模板诱导团簇预水解，在纳米尺度上将DNA序列编码的自组装结构复制成具有刚性结构的精确二氧化硅构型，并且可以由二维平面结构拓展至三维框架、三维曲面结构、简单几何结构以至复杂有序结构。新策略突破了传统硅化学合成在材料结构尺度上的限制，实现了纳米尺度的精确二氧化硅结构的制备；还能显著提高这种框架核酸的力学强度，使基于DNA的固态纳米孔在保持精确结构的同时还具备力学性能。

甾体天然产物Cyclocitrinol的合成

中国科学院上海有机化学研究所桂敬汉课题组完成了Cyclocitrinol的高效仿生合成，相关论文发表于JACS。以廉价易得的孕烯醇酮为原料，首先通过4步反应实现了C19-甲基的选择性氧化；随后通过仿生串联重排反应高效构建天然产物中的双环[4.4.1] A/B环系骨架，以共计9步反应实现了天然产物Cyclocitrinol骨架的克级规模制备；最终，通过烯基负离子片段对甲基酮的立体选择性加成反应完成了Cyclocitrinol的合成。该合成路线不仅可以实现Cyclocitrinol的简洁、可放大合成（从孕烯醇酮出发总计10步反应），同时为Cyclocitrinol可能的生源合成假设提供了实验支持。

高强度刚性自修复材料用于3D打印和医用外固定支架

南京大学化学化工学院、配位化学国家重点实验室李承辉副教授和左景林教授带领的团队利用“积弱成强”的策略得到了一种高强度刚性自修复材料，相关研究发表于Nature Communications。设计者研发了一种侧链含有大量羧基的短链聚甲基硅氧烷单体，与金属锌形成的弱配位键交联得到力学强度非常高的高分子材料，其杨氏模量接近500MPa。由于金属锌与羧酸之间的配位平衡反应受温度控制，当温度升高时往配合物解离方向移动，产生游离的短链聚甲基硅氧烷单体和金属锌离子；而在温度降低时往配合物生成方向移动，重新形成三维交联的高分子。这种高分子在加热时变得软而弹，具有良好的热塑性和热修复性。

PDMS-COO-Zn聚合物应用（图片来源于Nature Communications）

PDMS-COO-Zn聚合物制备与表征（图片来源于Nature Communications）

FNCDs制备

天津大学材料学院封伟教授团队制备出具有自保护超长室温磷光性能的氟氮双掺杂碳量子点（FNCDs），研究成果发表于Advanced Functional Materials。这种氟氮双掺杂碳量子点表现出优异的荧光pH稳定性和自保护室温磷光pH响应性，其室温磷光寿命在强碱性环境下达到1.21秒。用氟氮双掺杂碳量子点的水分散液制备的墨水可以通过商业喷墨打印机将设计的复杂图案、文字等加密信息打印在滤纸上，待其干燥后在紫外灯下发射出强烈的固态蓝色荧光，移去紫外灯后会发射出自保护绿色磷光。因此，基于氟氮双掺杂碳量子点隐形墨水可被应用于信息记录/读取、防伪和隐写术领域。

金属配合物低维晶体新进展

中国科学院化学研究所光化学实验室科研人员通过溶液再沉淀法成功制备了甲基化苯基吡啶金属铱配合物的高质量一维管状微纳晶体，并进一步通过晶体掺杂，得到了两种不同铱配合物的二元能量转移晶体，实现聚集发光淬灭(ACQ)受体的光放大和微纳尺度温度响应功能；研究论文发表于Angewandte Chemie International Edition。当受体的掺杂量为0.2%时，此类晶体可以实现接近80%的三线态能量转移效率和800倍以上的受体磷光放大。在常温时，晶体表现出受体的红色磷光，固态量子产率达到40%。降低温度，晶体的激子能量转移受到抑制，给体的绿色发光重新被激活，实现微纳尺度下发光颜色变化的原位调控与温敏监测。

自组装多孔薄膜用于高效有机小分子分离

国家纳米科学中心和中国科学院纳米科学卓越中心唐智勇研究员和李连山副研究员在具有刚性分子骨架的自组装多孔薄膜用于高效有机小分子分离的研究中取得进展，相关研究成果发表于Nature Chemistry。科学家在SiO2表面修饰初始聚合位点后进行表面聚合反应，通过精细控制表面修饰及聚合反应条件，获得了平方厘米级的无缺陷薄膜并成功转移至超滤膜多孔支撑层。分子截留测试表明，其对有机溶剂具有极高的稳定性，在同等选择性基础上，过滤速度较目前商用的一维柔性聚合物薄膜高出两个数量级。这一结果主要得益于这类材料永久性微孔结构及高孔隙率，使其有望成为新一代高效膜分离材料。