大学化学 >> 2020, Vol. 35 >> Issue (2): 114-134.doi: 10.3866/PKU.DXHX201906016
收稿日期:
2019-06-10
录用日期:
2019-07-26
发布日期:
2019-08-29
通讯作者:
杨娟
E-mail:yang_juan@pku.edu.cn
Zhengkai Huang1,2,Zhexuan Lei1,Juan Yang1,*()
Received:
2019-06-10
Accepted:
2019-07-26
Published:
2019-08-29
Contact:
Juan Yang
E-mail:yang_juan@pku.edu.cn
摘要:
在2016年获得诺贝尔化学奖后,分子机器作为最具应用前景的化学领域之一而广受关注。从属于其中的分子组装机器是一种能在微观尺度上精确控制化学反应的机器,又可称为纳米工厂。本文对纳米工厂的设计思路进行简要综述,结合工作原理与实际表现分析近年来相关的研究成果,并对其研究前景与面临的诸多挑战加以陈述与总结。
黄政凯,雷哲轩,杨娟. 分子组装机器:纳米工厂[J]. 大学化学, 2020, 35(2): 114-134.
Zhengkai Huang,Zhexuan Lei,Juan Yang. Molecular Assembler: Nanofactories[J]. University Chemistry, 2020, 35(2): 114-134.
1 | Feynman R. P. Eng. Sci. 1960, 23, 22. |
2 |
Vale R. D. ; Reese T. S. ; Sheetz M. P. Cell 1985, 42, 39.
doi: 10.1016/S0092-8674(85)80099-4 |
3 |
Miki H. ; Setou M. ; Kaneshiro K. ; Hirokawa N. PNAS 2001, 98, 7004.
doi: 10.1073/pnas.111145398 |
4 |
Carter N. J. ; Cross R. A. Nature 2005, 435, 308.
doi: 10.1038/nature03528 |
5 | Hirokawa N. ; Noda Y. ; Tanaka Y. ; Niwa S. Nat. Rev. Mol. Cell. Bio. 2009, 10, 682. |
6 |
Schliwa M. ; Woehlke G. Nature 2003, 422, 759.
doi: 10.1038/nature01601 |
7 |
Shin J. S. ; Pierce N. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10834.
doi: 10.1021/ja047543j |
8 |
von Delius M. ; Leigh D. A. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3656.
doi: 10.1039/c1cs15005g |
9 |
Yildiz A. ; Tomishige M. ; Vale R. D. ; Selvin P. R. Science 2004, 303, 676.
doi: 10.1126/science.1093753 |
10 |
Hua W. ; Chung J. ; Gelles J. Science 2002, 295, 844.
doi: 10.1126/science.1063089 |
11 |
Kaseda K. ; Higuchi H. ; Hirose K. Nat. Cell Biol. 2003, 5, 1079.
doi: 10.1038/ncb1067 |
12 |
Isojima H. ; Iino R. ; Niitani Y. ; Noji H. ; Tomishige M. Nat. Chem. Biol. 2016, 12, 290.
doi: 10.1038/nchembio.2028 |
13 |
Sherman W. B. ; Seeman N. C. Nano Lett. 2004, 4, 1203.
doi: 10.1021/nl049527q |
14 |
Gu H. ; Chao J. ; Xiao S.J. ; Seeman N. C. Nature 2010, 465, 202.
doi: 10.1038/nature09026 |
15 |
Wang C. ; Ren J. ; Qu X. Chem. Commun. 2011, 47, 1428.
doi: 10.1039/C0CC04234J |
16 |
Zhou C. ; Duan X. ; Liu N. Nat. Commun. 2015, 6, 8102.
doi: 10.1038/ncomms9102 |
17 |
Yin P. ; Yan H. ; Daniell X. G. ; Turberfield A. J. ; Reif J. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4906.
doi: 10.1002/anie.200460522 |
18 |
Bath J. ; Green S. J. ; Turberfield A. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4358.
doi: 10.1002/anie.200501262 |
19 |
Tian Y. ; He Y. ; Chen Y. ; Yin P. ; Mao C. D. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4355.
doi: 10.1002/anie.200500703 |
20 |
Wickham S. F. J. ; Endo M. ; Katsuda Y. ; Hidaka K. ; Bath J. ; Sugiyama H. ; Turberfield A. J. Nat. Nanotech. 2011, 6, 166.
doi: 10.1038/nnano.2010.284 |
21 |
Green S. J. ; Bath J. ; Turberfield A. J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 238101.
doi: 10.1103/PhysRevLett.101.238101 |
22 |
Omabegho T. ; Sha R. ; Seeman N. C. Science 2009, 324, 67.
doi: 10.1126/science.1170336 |
23 |
You M. ; Lyu Y. ; Han D. ; Qiu L. ; Liu Q. ; Chen T. ; Wu C. S. ; Peng L. ; Zhang L. ; Bao G. ; Tan W. Nat. Nanotech. 2017, 12, 453.
doi: 10.1038/nnano.2017.23 |
24 |
von Delius M. ; Geertsema E. M. ; Leigh D. A. Nat. Chem. 2010, 2, 96.
doi: 10.1038/nchem.481 |
25 |
Barrell M. J. ; Campana A. G. ; von Delius M. ; Geertsema E. M. ; Leigh D. A. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 285.
doi: 10.1002/anie.201004779 |
26 |
Beves J. E. ; Blanco V. ; Blight B. A. ; Carrillo R. ; D'Souza D. M. ; Howgego D. ; Leigh D. A. ; Slawin A. M. Z. ; Symes M. D. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2094.
doi: 10.1021/ja4123973 |
27 |
Martin C. J. ; Lee A. T. L. ; Adams R. W. ; Leigh D. A. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11998.
doi: 10.1021/jacs.7b06503 |
28 |
Campana A. G. ; Leigh D. A. ; Lewandowska U. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8639.
doi: 10.1021/ja402382n |
29 |
Kassem S. ; Lee A. T. L. ; Leigh D. A. ; Markevicius A. ; Sola J. Nat. Chem. 2016, 8, 138.
doi: 10.1038/nchem.2410 |
30 |
Landge S. M. ; Aprahamian I. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18269.
doi: 10.1021/ja909149z |
31 |
Kassem S. ; Lee A. T. L. ; Leigh D. A. ; Marcos V. ; Palmer L. I. ; Pisano S. Nature 2017, 549, 374.
doi: 10.1038/nature23677 |
32 |
Zhou C. ; Yang Z. ; Liu D. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1416.
doi: 10.1021/ja209590u |
33 | Kelly T. R. ; Snapper M. L. Nature 2017, 549, 335. |
34 |
Gartner Z. J. ; Kanan M. W. ; Liu D. R. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10304.
doi: 10.1021/ja027307d |
35 |
He Y. ; Liu D. R. Nature Nanotech. 2010, 5, 778.
doi: 10.1038/nnano.2010.190 |
36 |
Meng W. ; Muscat R. ; McKee M. ; Milnes P. ; El-Sagheer A. ; Bath J. ; Davis B. ; Brown T. ; O'Reilly R. ; Turberfield A. Nature. Chem. 2016, 8, 542.
doi: 10.1038/nchem.2495 |
37 |
Chen G. ; Gibson K. J. ; Liu D. ; Rees H. C. ; Lee J. ; Xia W. ; L R. ; X H. ; G O. ; Weizmann Y. Nat. Mater. 2019, 18, 169.
doi: 10.1038/s41563-018-0231-1 |
38 |
Lewandowski B. ; De Bo G. ; Ward J. W. ; Papmeyer M. ; Kuschel S. ; Aldegunde M. J. ; Gramlich P. M. E. ; Heckmann D. ; Goldup S. M. ; D'Souza D. M. ; et al Science 2013, 339, 189.
doi: 10.1126/science.1229753 |
39 |
De Bo G. ; Kuschel S. ; Leigh D. A. ; Lewandowski B. ; Papmeyer M. ; Ward J. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5811.
doi: 10.1021/ja5022415 |
40 |
De Bo G. ; Gall M. A. Y. ; Kitching M. O. ; Kuschel S. ; Leigh D. A. ; Tetlow D. J. ; Ward J. W. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10875.
doi: 10.1021/jacs.7b05850 |
41 |
De Bo G. ; Gall M. A. Y. ; Kuschel S. ; De Winter J. ; Gerbaux P. ; Leigh D. A. Nat. Nanotech. 2018, 13, 381.
doi: 10.1038/s41565-018-0105-3 |
42 |
Kim J. ; Lee J. ; Hamada S. ; Murata S. ; Park S. H. Nat. Nanotech. 2015, 10, 528.
doi: 10.1038/nnano.2015.87 |
43 |
Li J. ; Nowak P. ; Otto S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9222.
doi: 10.1021/ja402586c |
44 | Barboiu, M. Constituional Dynamic Chemistry; Springer-Verlag: Heidelberger, Berlin, Germany, 2014. |
45 |
Nguyen R. ; Allouche L. ; Buhler E. ; Giuseppone N. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1093.
doi: 10.1002/anie.200804602 |
46 |
Sadownik J. W. ; Mattia E. ; Nowak P. ; Otto S. Nat. Chem. 2016, 8, 264.
doi: 10.1038/nchem.2419 |
[1] | 张馨文, 王思尧, 戴岳, 宿艳, 姜文凤. 查理与分子机器工厂[J]. 大学化学, 2022, 37(9): 2205063 - . |
[2] | 成楚旸. 浅谈2016年诺贝尔化学奖:分子机器[J]. 大学化学, 2017, 32(1): 1 -8 . |
|