水相中极性分子的选择性识别

深入研究了内修饰分子管与44种亲水分子的键合行为。由于数据量大，各种相关变量较多，很难直接从中找到它们与键合能力之间的关系。蒋伟课题组通过引入主成分分析的方法，对数据进行了系统性分析，揭示了键合常数与客体的疏水性、体积、表面积和偶极矩等参数之间的相关性。通过分子动力学模拟，证实了空腔内“高能水”的释放是键合亲水分子的主要驱动力，而氢键相互作用是实现高选择性的关键。在此基础上，蒋伟课题组还总结出这类内修饰分子管的客体选择标准：氢键位点应互补；客体体积应足够大，以排出所有空腔内的“高能水”。遵循这些指导原则，他们还发现了一个“最佳”的客体，与顺式分子管的结合常数高达106 M-1。

 该研究不但有助于理解复杂的生物分子识别现象，还可以为设计其他亲水分子的受体提供理论指导。这类内修饰分子管在键合机理、键合的客体种类上与其他大环主体都不同，是一类全新的大环主体分子。此外，很多环境污染物、药物分子和疾病的生物标记物都是极性分子或含有极性基团。该研究在环境污染物的检测与去除、疾病诊断、药物增溶与靶向投递、催化、分子机器、智能材料等领域都具有广阔的应用前景。