目前，通过自组装构筑尺寸巨大（直径 > 10 nm）且几何结构精确的三维大分子仍面临着巨大的合成挑战。近日，台湾大学詹益慈研究团队利用一对三联吡啶互补配体，通过多价的配体设计，成功实现了尺寸在10 nm以上的多室截半立方体的精准自组装。该多室截半立方体（Cuboctahedron）能够进一步自组装形成类似微生物细胞表层蛋白的有序二维阵列（图1）。

图1，截半立方体自组装形成类似微生物细胞表层蛋白的有序二维阵列。图片来源：Chem

  文章亮点：

图2，截半立方体的自组装。图片来源：Chem

  （1）配体采用软硬结合的索杆设计，与金属离子配位后得到双层多室截半立方体结构。这种结构设计类似于自平衡的索杆张拉结构，有助于平衡由于配体角度不匹配带来的分子内张力。有趣的是，由于截半立方体具有非常高的对称性，即使该结构的分子量达到了68,833 Da，其核磁共振氢谱仍展示出很清晰的裂分（图2）。

图3，截半立方体的SAXS资料分析。图片来源：Chem

  （2）作者通过配体交换实验验证了该截半立方体结构的稳定性。实验表明，截半立方体结构的配体交换半衰期为20小时，而相应的单核三联吡啶混配配合物的半衰期仅为43秒，多价配体和索杆张拉结构的设计极大地增大了截半立方体的稳定性。值得注意的是，自组装结构的高稳定性使其能够在稀释条件下进行小角X光散射（SAXS）测试，从而得到更多的结构信息（图3）。

图4，截半立方体的冷冻电镜图。图片来源：Chem

  （3）冷冻电子显微镜（cryo-EM）观察表明，截半立方体配合物可以进一步自组装形成晶格常数为7.9 nm的有序正方阵列（图4）。此外，堆积的局部结构缺陷（如位错和晶界）会破坏截半立方体的正方堆积，使其向斜方阵列转变。

  该超分子阵列的研究为“自下而上”构筑二维超分子孔洞材料提供了基础。

  该研究成果发表在Chem，文章第一作者为何立鹏博士，文章的通讯作者为詹益慈教授和刘淦光博士。

  参考文献：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

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.11.013