界面灵活性：科学家发现驱动分子网络形成的关键机制

共价键是一种被广泛理解的现象，它通过共享的电子对连接分子的原子。但在自然界中，分子的模式也可以通过更弱、更动态的力连接起来，从而形成超分子网络。这些可以从初始的分子簇或晶体自组装，并生长成大而稳定的结构

超分子网络对于维持生物系统的结构和功能至关重要。例如，为了“进食”，细胞依赖于由三臂蛋白质网格蛋白单元自组装而成的六边形超分子网络。网格蛋白网络在营养物质周围形成气泡，将营养物质带入细胞。同样，一种名为TRIM5a的蛋白质在HIV病毒周围形成六边形晶格，有助于破坏它们的复制

EPFL工程学院可编程生物材料实验室（PBL）负责人Maartje Bastings解释说：“这种六边形网络结构在自然界中无处不在，例如，你甚至可以在蜂箱的宏观尺度上看到它。”在《自然化学》上发表的最新研究中，PBL和Georg Fantner领导的生物和纳米仪器实验室（LBNI）的研究人员使用三点星形的纳米工程DNA链来分离和检查控制晶体超分子网络形成的不同因素

在这个过程中，他们发现了一个比化学键强度或数量更重要的“定义参数”

“界面灵活性将永远获胜”

与人类DNA一样，三点星DNA分子的组成因核苷酸序列而异，这会影响它们与相邻分子的相互作用强度（亲和力）。但在这项研究中，研究人员引入了一个额外的变量：通过构成单体三个臂中每一个的链长度的细微变化，他们能够调节臂的局部和全局灵活性

使用高速原子力显微镜，研究小组观察到，具有较短刚性“臂”的DNA恒星组织成稳定的六边形网络，而具有较长柔性臂的DNA恒星则无法形成任何大型网络

模拟显示，短臂排列成平行形状的可能性几乎是其他分子的四倍，更有利于与其他分子连接，而长臂往往张开得太远，无法建立稳定的连接。研究人员将这种变化称为界面灵活性

Bastings说：“两个分子结合在一起的界面必须是刚性的；如果一个是柔性的，分子保持连接的可能性就较低。结合强度并不重要——界面灵活性总是会赢。这与迄今为止的理解背道而驰。”

有趣的是，研究人员还表明，界面灵活性可以微调：在柔性分子中，他们能够恢复结合界面的局部刚性，足以支持网络生长，同时保持分子的整体较大尺寸

Bastings总结道：“这意味着，如果结合点的界面灵活性得到控制，即使是全局柔性的单体仍然可以生长成网络。”

Bastings说，这项工作可能会改变科学家设计蛋白质和其他分子进行自组装的方式，并为细胞纳米疗法创造新的机会

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例如，有针对性的方法可以关注蛋白质设计新超分子网络的刚性；或者诱导策略性分解或预防不良网络（如与阿尔茨海默病相关的淀粉样斑块）的灵活性。她还预见了自旋电子学的应用，在自旋电子学中，定义明确的纳米级网络的自组装可以帮助构建下一代电子产品

她将这一成就归功于她实验室的学生和LBNI的合作者的倡议。她也没有忘记对谦逊的DNA分子给予应有的认可

“跨学科DNA纳米技术的进步，以及在原子水平上对性质的控制，使我们能够将DNA从基因组环境中提取出来，并将其转化为发现全球物理相互作用的主力——比如界面灵活性。”