密碼破解！科學家首次合成類DNA聚合物

自然界中的雙螺旋共價聚合物是生命的基石。可惜的是，科學家們一直無法用人工方法對它進行完整合成。phys.org網站當地時間5月17日報導，美國科羅拉多大學博爾德分校（UCB）領導的團隊已經破解了雙螺旋共價聚合物的合成密碼。他們利用動態共價化學工具，聚焦於具有自修正能力的可逆鍵相互作用，首次合成了類DNA聚合物。這種類DNA大分子不僅具有與天然共價聚合物相似的複雜程度，還能夠由單晶X射線衍射確定絕對構型。這項研究將對人工酶、仿生學材料等領域產生巨大推動作用。相關論文同日刊登在《自然·化學》雜誌中。

「科學家們很少能從原子空間位置、鏈間相互作用、成鍵方式、原子水平的纏繞方式等方面研究聚合物的『合成真相』。」論文作者、UCB化學教授Wei Zhang說，「然而對於單晶體，研究人員是能夠通過實驗真實地可視化這一系列信息的。因此，聚合物的單晶結構獲取非常重要。」

聚合物是由大量相似的微小單位（如葡萄糖、胺基酸）結合在一起形成的物質。天然聚合物包括羊毛、DNA、蛋白質和纖維素等，合成聚合物主要為塑料等材料。合成聚合物的方式主要由它們的結構（鏈段種類、鏈段數量和鏈段長度）決定。其中，螺旋聚合物的合成是最具挑戰性的工作。此前，科學家們只能合成短鏈螺旋低聚物。

在新研究中，Zhang等人不僅成功合成了類DNA共價螺旋聚合物，還發現了單晶體。Zhang說：「在反應結束時，我們注意到反應容器底部有一些發光的單晶體。這讓我們非常激動。」利用單晶同步X射線衍射技術，研究人員確證：他們創造了歷史。然而，這一發現僅僅是一系列關鍵研究的序幕。

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在深入研究聚合物結構之後，研究人員計劃繼續探索能否讓晶體變大，以及是否能調控聚合物的手性或螺旋性質。這可能對催化、信號轉導和傳感等方面的應用有積極影響。Zhang說：「我們還需要開展很多設計、合成和構效關係方面的工作。我們希望證明，這是一個非常強大的智能仿生材料設計平台。」