脱氧核糖核酸或 DNA 是携带生物体遗传信息的分子系统，它可以利用其双螺旋链转录和扩增信息。创建功能上与 DNA 相当甚至超过 DNA 的人工分子系统是科学家们非常感兴趣的。双螺旋折叠体就是这样一种分子系统。

图片标题：具有逆螺旋性的双螺旋单金属折叠体 图片说明：合成的双螺旋单金属折叠体表现出可控的手性转换，可用于开发用于分子信息处理的新型人工超分子系统。图片来源：东京理科大学的 Hidetoshi Kawai 许可类型：原创内容 使用限制：未经许可不得使用

图片标题：具有逆螺旋性的双螺旋单金属折叠体

图片说明：合成的双螺旋单金属折叠体表现出可控的手性转换，可用于开发用于分子信息处理的新型人工超分子系统。

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螺旋折叠体是一类人工分子，它们折叠成明确的螺旋结构，就像蛋白质和核酸中的螺旋一样。由于它们具有手性和构象切换特性，它们作为刺激响应性可切换分子、可调手性材料和协同超分子系统引起了广泛关注。双螺旋折叠体不仅表现出更强的手性，而且还具有独特的特性，例如将手性信息从一条手性链转录到另一条手性链而不具有手性，从而有可能应用于与复制相关的高阶结构控制，如核酸。然而，由于难以平衡切换所需的动态特性和稳定性，因此对此类人工分子的手性切换特性进行人工控制仍然具有挑战性。尽管过去已经开发了各种螺旋分子，但很少有关于双螺旋分子和超分子中扭转方向的逆转的报道。

日本东京理科大学的研究人员团队取得了突破性进展，该团队由理学院化学系的河井英俊教授领导，包括化学系的松村光太郎先生，开发出一种新型机械结构，称为具有可控手性转换的双螺旋单金属折叠体。河井教授解释说：“在这项研究中，我们成功合成了一种双螺旋单核复合物，该复合物在螺旋中心桥接了一个金属阳离子，以平衡稳定性和动态特性。这些结构可以通过使用不同的溶剂改变两条螺旋链的左右缠绕方向来进行反转转换。 ”他们的研究于 2024 年 7 月 19 日发表在 《美国化学学会杂志》上 。

研究人员利用两条具有 L 形单元的联吡啶型链合成了双螺旋单金属折叠体，这些单金属折叠体与锌阳离子形成复合物后形成了双螺旋结构。X 射线晶体学揭示了双螺旋结构，其中心有一个金属阳离子。研究人员研究了单金属折叠体在外界刺激下的可切换性，发现双螺旋形式的螺旋末端可以在溶液中展开，形成在高温下更有利的开放形式，并重新折叠为在低温下更有利的双螺旋形式。

有趣的是，含有手性链的双螺旋单金属折叠单体的螺旋度可以通过非手性溶剂来控制。例如，在非极性溶剂(甲苯、己烷、乙醚)中，它会变成左旋或 M型，而在 Lewis 碱性溶剂(丙酮、DMSO)中，它会变成右旋或 P型。发现引入螺旋链的手性链的构象对这种 M/P 切换很重要。此外，他们发现，当带有手性链的螺旋链与不带有手性链的螺旋链混合时，螺旋的缠绕方向会传递并放大到不带有手性链的非手性链，同时保持螺旋度反转能力。

松村先生强调了这种新分子的重要性，他说：“我们合成的双螺旋单金属折叠单体有可能应用于新的开关手性材料，这些材料可以通过少量输入输出多种手性特性，并可用于开发手性传感器。此外，我们预计这种新型分子结构将通过传递和放大其优越的手性特性，促进去外消旋和有组织的超分子系统的产生，就像自然界中发现的超分子系统一样。 ”

总体而言，这项研究标志着朝着实现人工可控双螺旋结构迈出了重要一步，为新型高阶分子系统和分子信息处理铺平了道路。