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一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用掃描探針顯微鏡的尖端，以可控方式從有機(jī)分子中精準(zhǔn)移除單個(gè)氧原子，實(shí)現(xiàn)了原子精度的“骨架編輯”。這一突破為在原子尺度合成功能性分子結(jié)構(gòu)提供了有力工具，有望推動(dòng)從基礎(chǔ)研究到藥物研發(fā)等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》。

有機(jī)分子的物理化學(xué)性質(zhì)主要由兩方面決定：一是構(gòu)成分子骨架的核心原子排列，二是連接在骨架外圍的官能團(tuán)。通常，通過(guò)添加或修飾官能團(tuán)來(lái)調(diào)整分子特性（稱為“外周編輯”）相對(duì)容易，例如引入親水官能團(tuán)，可使疏水分子溶于水。這類操作已屬常規(guī)。

然而，分子骨架一旦形成，其本身結(jié)構(gòu)便難以直接改動(dòng)。在藥物研發(fā)中，不同骨架版本之間有時(shí)僅相差一個(gè)原子。正因如此，“骨架編輯”近年來(lái)備受關(guān)注。這一方法可在已形成的分子骨架內(nèi)精確插入、移除或替換單個(gè)原子，從而避免每次從頭合成的煩瑣。通過(guò)構(gòu)建新骨架，可調(diào)節(jié)藥效或毒性，或改造聚合物結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)塑料的高值化回收。

然而，原子級(jí)精度的“骨架編輯”一直面臨挑戰(zhàn)。在最新研究中，來(lái)自瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、IBM歐洲研究院及西班牙圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué)的科學(xué)家取得了關(guān)鍵突破。

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種前體分子，其骨架包含20個(gè)碳原子和1個(gè)氧原子。他們將該分子在超高真空環(huán)境中升華至覆有雙層氯化鈉薄膜的銅表面，并置于-268℃的掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡聯(lián)用裝置中。通過(guò)在顯微鏡尖端施加電壓脈沖，他們成功去除了骨架中的氧原子，同時(shí)保持碳原子結(jié)構(gòu)完整，實(shí)現(xiàn)了骨架的精準(zhǔn)重構(gòu)。

借助原子級(jí)分辨成像，團(tuán)隊(duì)觀察到：在大多數(shù)情況下，被移除的氧原子轉(zhuǎn)移至分子外圍，少數(shù)情況下則被完全移除。

此項(xiàng)研究證明了在單分子尺度上實(shí)現(xiàn)原子精度編輯的可行性。整個(gè)過(guò)程猶如構(gòu)建“原子樂(lè)高”，可針對(duì)性地移除或替換特定原子，為有機(jī)納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)與電子性質(zhì)調(diào)控提供了強(qiáng)大手段。