一個國際研究團(tuán)隊利用掃描探針顯微鏡的尖端，以可控方式從有機分子中精準(zhǔn)移除單個氧原子，實現(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《美國化學(xué)會志》。

有機分子的物理化學(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，通過添加或修飾官能團(tuán)來調(diào)整分子特性（稱為“外周編輯”）相對容易，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。在藥物研發(fā)中，不同骨架版本之間有時僅相差一個原子。正因如此，“骨架編輯”近年來備受關(guān)注。這一方法可在已形成的分子骨架內(nèi)精確插入、移除或替換單個原子，從而避免每次從頭合成的煩瑣。通過構(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)實現(xiàn)塑料的高值化回收。

然而，原子級精度的“骨架編輯”一直面臨挑戰(zhàn)。在最新研究中，來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)隊設(shè)計了一種前體分子，其骨架包含20個碳原子和1個氧原子。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，同時保持碳原子結(jié)構(gòu)完整，實現(xiàn)了骨架的精準(zhǔn)重構(gòu)。

借助原子級分辨成像，團(tuán)隊觀察到：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。

此項研究證明了在單分子尺度上實現(xiàn)原子精度編輯的可行性。整個過程猶如構(gòu)建“原子樂高”，可針對性地移除或替換特定原子，為有機納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)與電子性質(zhì)調(diào)控提供了強大手段。