目前，通過自組裝構筑尺寸巨大（直徑 > 10 nm）且幾何結構精確的三維大分子仍面臨著巨大的合成挑戰。近日，臺灣大學詹益慈研究團隊利用一對三聯吡啶互補配體，通過多價的配體設計，成功實現了尺寸在10 nm以上的多室截半立方體的精準自組裝。該多室截半立方體（Cuboctahedron）能夠進一步自組裝形成類似微生物細胞表層蛋白的有序二維陣列（圖1）。
圖1，截半立方體自組裝形成類似微生物細胞表層蛋白的有序二維陣列。圖片來源：Chem
文章亮點：
圖2，截半立方體的自組裝。圖片來源：Chem
（1）配體采用軟硬結合的索桿設計，與金屬離子配位后得到雙層多室截半立方體結構。這種結構設計類似于自平衡的索桿張拉結構，有助于平衡由于配體角度不匹配帶來的分子內張力。有趣的是，由于截半立方體具有非常高的對稱性，即使該結構的分子量達到了68,833 Da，其核磁共振氫譜仍展示出很清晰的裂分（圖2）。
圖3，截半立方體的SAXS資料分析。圖片來源：Chem
（2）作者通過配體交換實驗驗證了該截半立方體結構的穩定性。實驗表明，截半立方體結構的配體交換半衰期為20小時，而相應的單核三聯吡啶混配配合物的半衰期僅為43秒，多價配體和索桿張拉結構的設計極大地增大了截半立方體的穩定性。值得注意的是，自組裝結構的高穩定性使其能夠在稀釋條件下進行小角X光散射（SAXS）測試，從而得到更多的結構信息（圖3）。
圖4，截半立方體的冷凍電鏡圖。圖片來源：Chem
（3）冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）觀察表明，截半立方體配合物可以進一步自組裝形成晶格常數為7.9 nm的有序正方陣列（圖4）。此外，堆積的局部結構缺陷（如位錯和晶界）會破壞截半立方體的正方堆積，使其向斜方陣列轉變。
該超分子陣列的研究為“自下而上”構筑二維超分子孔洞材料提供了基礎。
該研究成果發表在Chem，文章第一作者為何立鵬博士，文章的通訊作者為詹益慈教授和劉淦光博士。
參考文獻：He, L., Hsu, H.-K., Li, L., Lin, L.-T., Tu, T.-H., Ong, T.-G., Liou, G.-G., and Chan, Y.-T. (2021). A 10-nm-Sized Multicompartment Cuboctahedron and Its 2D Hierarchical Arrays Observed by Cryo-EM. Chem.
DOI：10.1016/j.chempr.2021.11.013
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.11.013
