近日，国际顶级学术期刊《Cell》的化学类姐妹刊《Chem》（影响因子：14.104）以研究论文形式在线报道了我校化学与分子工程学院田禾院士和曲大辉教授团队在人工分子机器上的重要研究进展，论文题为“Muscle-like Artificial Molecular Actuators for Nanoparticles” (原文链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.08.030  )。

动物体内的肌肉组织能够通过消耗化学能量来产生舒张/收缩运动，将化学能转换为机械功。受到这种生物分子机器的启发，化学家试图通过化学合成的方法构建同样具有刺激响应舒张/收缩功能的人工分子肌肉。尽管目前已经有一些分子肌肉聚合物能够在宏观尺度下实现其肌肉一样的致动功能，然而实现这种分子尺度的单个/寡数分子肌肉对纳米尺度下的微小物体进行可逆致动的设想仍然存在很多研究挑战：比如，如何克服单个分子肌肉本征的热力学噪音，如何实现分子肌肉与纳米物件的高效连接，如何表征这种分子尺度下分子肌肉的可逆致动。田禾院士和曲大辉教授研究团队在前期对表面超分子化学（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15789; Adv. Mater. 2017, 29, 1604948）和机械互锁分子的高效精准合成（Chem. Sci. 2016, 7, 1696; Chem. Sci. 2017, 8, 6777）的研究基础上，设计合成出一种具有酸碱可逆驱动的线性分子肌肉，并将其作为分子致动器，实现了对纳米尺度下微小物体的可逆线性机械调控。同时借助我校化学院龙亿涛教授发展的基于暗场显微镜的单颗粒光电分析平台（Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 632），研究人员成功实现了对单颗粒尺度下分子肌肉可逆运动行为的光学信号输出，首创性地利用光学信号在时间维度可积分的策略克服了分子肌肉的单分子热力学噪音，为分子机器在单分子尺度下的信号输出和功能器件化提供了重要的解决思路。该工作得到了审稿人的一致高度评价：“这是一篇展现出机械互锁的分子肌肉能够调节纳米粒子机械运动功能的杰出的研究，是对这个领域的重要贡献”。

论文由博士研究生张琦和博士毕业生饶斯佳在曲大辉教授和田禾院士的指导下共同完成，该工作得到了龙亿涛教授和李大伟副研究员在暗场显微镜测试方面的悉心指导，还得到了上海大学特种光纤与光接入网重点实验室陈娜教授在有限元模拟上的大力支持。该研究工作得到了国家自然科学基金委创新群体，重大项目以及111引智计划等资金的支持。