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南方科技大学 南科大蒋伟课题组在仿生分子识别领域取得多项研究成果

近期 ， 南方科技大学化学系教授蒋伟课题组在“仿生分子识别”及其应用方向取得了多项研究进展 。 相关成果分别发表于著名学术期刊《中国化学会会刊》（CCSChemistry）、《自然-通讯》（NatureCommunications）、《美国化学会志》（JournaloftheAmericanChemicalSociety） 。 同时 ， 蒋伟应邀在《德国应用化学》（AngewandteChemieInternationalEdition）发表了评述文章 ， 课题组还应邀在国际著名化学综述期刊《化学研究述评》（Accountsofchemicalresearch）和《化学学会评论》（ChemicalSocietyReviews）上发表综述文章 ， 系统总结关于“仿生分子识别”的研究理念及进展 。
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【南方科技大学 南科大蒋伟课题组在仿生分子识别领域取得多项研究成果】分子识别是生命现象的基础 ， 在环境科学、材料科学、生物医药等领域发挥着重要作用 。 大环主体是研究分子识别的重要工具 。 然而 ， 与生物受体相比 ， 已知的大环主体在键合强度、识别选择性、自适应性、客体范围等方面还有很多不足 ， 严重限制了其应用范围 。 这或许是因为现有大环主体在结构上相对比较单一 ， 缺乏生物受体的结构特点 。 自2013年以来 ， 蒋伟课题组通过模拟生物受体的结构特征 ， 设计合成了一系列具有仿生结构特色的大环主体 ， 解决了分子识别领域的一系列难题 ， 并探索了其在分析传感、智能材料、分子机器、自组装等领域的应用 。
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图1手性大环主体的结构模型
手性分子识别是生命功能的基础 ， 这源于生物受体对手性底物的高选择性识别 。 但对于合成受体来说 ， 水相手性识别仍然是一个巨大的挑战 。 该课题组通过模拟生物受体的空腔特征 ， 合成了一对空腔内具有氢键位点的手性大环主体（图1） 。 该大环主体在水中实现了手性分子的选择性识别 。 同时 ， 该大环主体也可用于非手性环境污染物—二恶烷的光谱检测和手性化合物ee值的光谱测定 。 该研究成果发表于中国化学会旗舰期刊CCSChemistry（CCSChem.2020,2,440） ， 2019级南科大-新加坡国立大学联培博士生陈昭、蒋伟课题组博士后柴洪新为论文共同第一作者 。
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图2仿生空腔识别有机分子的图示
生物受体可以有效地利用非共价键作用和疏水效应实现对有机底物的高效选择性识别（图2） 。 相反 ， 大多数合成主体对有机底物的识别选择性和强度较差 。 该课题组近期研究发现酰胺萘管能有效地利用疏水作用和氢键作用实现对部分有机客体及有机药物分子的选择性强键合 ， 进而实现了部分水溶性较差的药物分子的增溶 。 这一研究在药物科学领域具有较高的应用潜力 。 该研究成果被中国化学会旗舰期刊CCSChemistry接收（CCSChem.2020,doi:10.31635/ccschem.020.202000288） ， 2016级南科大-澳门大学联培博士生马延龙为论文第一作者 。
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图3酰胺管芳烃的分子识别动力学机制
生物受体的构象变化是变构效应、信号传导等众多生物功能的基础 。 具有构象自适应性的大环主体可以作为简化模型 ， 用于揭示生物分子识别的构象变化机制 。 在该课题组最近关于酰胺管芳烃的研究中 ， 首次直接观察到了基于“构象选择”机理的分子识别行为（图3） ， 并详细阐述了“构象选择”识别机理的热力学与动力学机制 。 该研究成果发表于《自然-通讯》（Nat.Commun.2020,11,2740） ， 前沿与交叉科学研究院研究助理教授杨留攀为论文第一作者 。
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