組裝制備與模擬

生物分子模擬應用研究

中國科學院大連化學物理研究所李國輝研究員團隊與上海生物化學與細胞生物學研究所楊巍維研究員團隊合作，通過分子動力學模擬的手段，解釋了膠質瘤細胞中關鍵氨基酸的磷酸化過程對腫瘤細胞生長的影響，相關結果發表于Molecular Cell。運用分子動力學模擬的方法，針對T243磷酸化前后PGK1與底物結合的分子機制進行研究，并發現T243的磷酸化影響了另一關鍵氨基酸(K216)的側鏈朝向，進而對PGK1和底物結合的關鍵相互作用產生影響，導致磷酸化前后底物與PGK1親和力發生明顯變化。這一發現，從分子層面對實驗結果進行了驗證，并為膠質瘤治療的新策略提供了詳細的理論依據。

T243的磷酸化影響了另一關鍵氨基酸(K216)的側鏈朝向（圖片來源于中國科學院大連化學物理研究所）

鍵能方法學創新與當代有機化學的理性發展

南開大學化學學院程津培院士團隊以“鍵能方法學創新與當代有機化學的理性發展”為題發表了“前瞻性”文章于JACS。化學反應的本質是通過化學鍵的斷裂和再構實現鍵的重組。因此，化學鍵的能量，即鍵能是控制這一過程最核心的本征要素，是決定反應的內因。實際研究中鍵能作用的所謂“失效”，主要是由于人們不恰當地使用鍵能數據如用傳統的線性分析處理多元復雜體系，或者使用了不適宜的鍵能數據源造成。針對當今化學研究中面臨的復雜和多元特征，應改變過去只考慮單一變量的思維模式，多維度、睿智地使用鍵能來理解復雜的化學反應體系。

DNA—二氧化硅固態納米結構的制備

中國科學院上海應用物理研究所研究員樊春海、亞利桑那州立大學教授顏顥等合作提出了一種框架核酸誘導的團簇預水解策略，實現了精確可控的DNA-二氧化硅固態納米結構的制備，研究論文發表于Nature。將框架核酸作為模板誘導團簇預水解，在納米尺度上將DNA序列編碼的自組裝結構復制成具有剛性結構的精確二氧化硅構型，并且可以由二維平面結構拓展至三維框架、三維曲面結構、簡單幾何結構以至復雜有序結構。新策略突破了傳統硅化學合成在材料結構尺度上的限制，實現了納米尺度的精確二氧化硅結構的制備；還能顯著提高這種框架核酸的力學強度，使基于DNA的固態納米孔在保持精確結構的同時還具備力學性能。

甾體天然產物Cyclocitrinol的合成

中國科學院上海有機化學研究所桂敬漢課題組完成了Cyclocitrinol的高效仿生合成，相關論文發表于JACS。以廉價易得的孕烯醇酮為原料，首先通過4步反應實現了C19-甲基的選擇性氧化；隨后通過仿生串聯重排反應高效構建天然產物中的雙環[4.4.1] A/B環系骨架，以共計9步反應實現了天然產物Cyclocitrinol骨架的克級規模制備；最終，通過烯基負離子片段對甲基酮的立體選擇性加成反應完成了Cyclocitrinol的合成。該合成路線不僅可以實現Cyclocitrinol的簡潔、可放大合成（從孕烯醇酮出發總計10步反應），同時為Cyclocitrinol可能的生源合成假設提供了實驗支持。

高強度剛性自修復材料用于3D打印和醫用外固定支架

南京大學化學化工學院、配位化學國家重點實驗室李承輝副教授和左景林教授帶領的團隊利用“積弱成強”的策略得到了一種高強度剛性自修復材料，相關研究發表于Nature Communications。設計者研發了一種側鏈含有大量羧基的短鏈聚甲基硅氧烷單體，與金屬鋅形成的弱配位鍵交聯得到力學強度非常高的高分子材料，其楊氏模量接近500MPa。由于金屬鋅與羧酸之間的配位平衡反應受溫度控制，當溫度升高時往配合物解離方向移動，產生游離的短鏈聚甲基硅氧烷單體和金屬鋅離子；而在溫度降低時往配合物生成方向移動，重新形成三維交聯的高分子。這種高分子在加熱時變得軟而彈，具有良好的熱塑性和熱修復性。

PDMS-COO-Zn聚合物應用（圖片來源于Nature Communications）

PDMS-COO-Zn聚合物制備與表征（圖片來源于Nature Communications）

FNCDs制備

天津大學材料學院封偉教授團隊制備出具有自保護超長室溫磷光性能的氟氮雙摻雜碳量子點（FNCDs），研究成果發表于Advanced Functional Materials。這種氟氮雙摻雜碳量子點表現出優異的熒光pH穩定性和自保護室溫磷光pH響應性，其室溫磷光壽命在強堿性環境下達到1.21秒。用氟氮雙摻雜碳量子點的水分散液制備的墨水可以通過商業噴墨打印機將設計的復雜圖案、文字等加密信息打印在濾紙上，待其干燥后在紫外燈下發射出強烈的固態藍色熒光，移去紫外燈后會發射出自保護綠色磷光。因此，基于氟氮雙摻雜碳量子點隱形墨水可被應用于信息記錄/讀取、防偽和隱寫術領域。

金屬配合物低維晶體新進展

中國科學院化學研究所光化學實驗室科研人員通過溶液再沉淀法成功制備了甲基化苯基吡啶金屬銥配合物的高質量一維管狀微納晶體，并進一步通過晶體摻雜，得到了兩種不同銥配合物的二元能量轉移晶體，實現聚集發光淬滅(ACQ)受體的光放大和微納尺度溫度響應功能；研究論文發表于Angewandte Chemie International Edition。當受體的摻雜量為0.2%時，此類晶體可以實現接近80%的三線態能量轉移效率和800倍以上的受體磷光放大。在常溫時，晶體表現出受體的紅色磷光，固態量子產率達到40%。降低溫度，晶體的激子能量轉移受到抑制，給體的綠色發光重新被激活，實現微納尺度下發光顏色變化的原位調控與溫敏監測。

自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離

國家納米科學中心和中國科學院納米科學卓越中心唐智勇研究員和李連山副研究員在具有剛性分子骨架的自組裝多孔薄膜用于高效有機小分子分離的研究中取得進展，相關研究成果發表于Nature Chemistry。科學家在SiO2表面修飾初始聚合位點后進行表面聚合反應，通過精細控制表面修飾及聚合反應條件，獲得了平方厘米級的無缺陷薄膜并成功轉移至超濾膜多孔支撐層。分子截留測試表明，其對有機溶劑具有極高的穩定性，在同等選擇性基礎上，過濾速度較目前商用的一維柔性聚合物薄膜高出兩個數量級。這一結果主要得益于這類材料永久性微孔結構及高孔隙率，使其有望成為新一代高效膜分離材料。