科学家在解决化学长期以来的挑战之一方面取得了重大进展，他们找到了如何编程分子以可预测和可取的方式自我组装的方法。他们创新的“马尔特斯（Malteser）状”分子最终可能被用于多种应用，包括高灵敏度和特异性的传感器以及下一代靶向药物输送系统。
都柏林三一学院的研究人员在化学领域最持久的挑战之一中取得了突破，掌握了编程分子的自我组装以产生一致和有利结果的艺术。他们的“马尔特斯状”分子对于从极其灵敏的传感器到针对特定区域的先进药物输送系统等广泛应用充满希望。
每个生物系统中的组分都表现出令人难以置信的自我组织能力，能够精确产生生物体在变化环境中生存和繁衍所必需的分子。
然而，尽管科学取得了显著进展，我们对这些过程的理解仍然不完善。真正的挑战——也是化学家的激动人心的机会——在于破解这些机制并学会控制它们，以便能够可靠地编程分子执行特定任务。
这项研究由都柏林三一生物医学科学研究所（TBSI）的托尔菲努尔·冈劳森教授领导，联合CRANN的约翰·博兰教授进行。两个团队均为都柏林三一学院化学系和AMBER研究爱尔兰中心的成员，同时，达勒姆大学化学系的罗伯特·帕尔教授在这一项目中也发挥了关键作用。
阿兰巴利·萨维亚萨奇，主要作者和三一学院化学系的前博士生，目前在TBSI工作，表示：“我们开发了基于氨基酸的‘配体’，这些配体自我组装成的结构可靠且可预测地依赖于所使用的氨基酸。氨基酸通常被称为生命的构件，结合形成蛋白质，不同的氨基酸序列产生种类繁多的蛋白质，每种蛋白质都有独特的功能。”
“鉴于此，不同的氨基酸导致不同的自我组装结果——可能形成柔软的凝胶状物质或更坚固的‘马尔特斯分子’。真正让我们惊讶的是，我们能够通过选择特定的氨基酸在很大程度上控制这一过程和结果。此外，引入其他分子如镧系离子使我们能够探索发光应用。”
冈劳森教授在TBSI评论道：“这项研究有无数潜在用途，还有大量知识有待发现。我们创造的分子最终可能在光子学和光学系统中具有应用，这些领域需要高度特异性的传感器，或者在精确靶向的药物输送系统中。”
“例如，当身体与感染作斗争时，特定的酶数量会增加并开始分解分子。分解产物可以在需要的时间和地点精确激活药物释放，最大限度减少通常与不够靶向的治疗相关的副作用。”
此外，通过发光可以实现对体内活动的实时监测。
TBSI的奥克萨娜·科托娃博士补充道：“从生物医学的角度来看，发光是某些分子相互作用的宝贵结果。与达勒姆大学的罗伯特·帕尔教授合作，我们发现我们的‘马尔特斯状’结构，当用镧系离子修饰时，会发出圆偏振光。这一特性可能使我们能够在生物环境中观察特定部位的相互作用，或者在光电设备中找到应用。”
“这个成功只有在托尔菲努尔·冈劳森、约翰·博兰、罗伯特·帕尔、马蒂亚斯·莫比乌斯和德克莱夫·威廉姆斯教授等化学家、生物化学家、材料科学家和物理学家之间的跨学科合作下才能实现。”
对此研究重要性的评论，剑桥大学工程系的罗南·达利教授表示：“工程师和科学家们长期以来一直在制造领域进行创新，通过‘自上而下’的方法将材料转化为越来越小和精确的结构。这种方法在几乎所有制造产品中都得到了有效利用，包括计算机芯片中的微观和纳米级结构。然而，大自然以其独特的能力继续令科学家和工程师惊叹，能够在分子水平上完美构建复杂的分子结构，然后在纳米尺度上聚集，允许日常材料的自我构建。”
这种自我组装是一个令人兴奋的研究领域，我们可以设计材料“自下而上”，因为分子自然汇聚形成所需结构。尽管这很复杂且仍然难以管理，但我们尚未能够与自然的效率相匹敌！
“这项严谨而激动人心的研究提供了有关如何在分子层面控制自我组装的新见解。它推进了我们对该领域的理解，并提供了一种一致且可靠的方法来制造新的纳米球，这些纳米球未来可能在药物输送中发挥作用，穿过身体在适当的位置释放特定的药物或基因疗法。”
