近日，我院曹利平教授团队在核苷序列选择性识别领域取得重要进展，相关成果以 “Temperature-Driven Conformational Switching of Binaphthalene-Based Tetraimidazolium Macrocycles to Enhance Sequence-Selective Recognition of Dinucleotides in Water” 为题发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。全文链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202516534。

开发具备温度响应特性的灵敏构象转变仿生识别系统，不仅对解析生物系统卓越的温度感知与适应机制具有关键科学意义，更能助推生物医疗、环境检测及工业材料科学领域的温度响应型智能器件发展。当前人工主体分子面临显著局限—其难以在较窄温度区间内实现构象的高效可逆转换，这在一定程度上制约了相关技术的进一步突破。

曹利平教授团队设计合成轴手性联萘基四咪唑鎓大环化合物 (SS/RR-1–4Clˉ – SS/RR-3–4Clˉ)，并研究其水相中的温度依赖性构象切换及对二核苷酸的序列选择性识别（图 1）。其中，SS-1·4Cl⁻ 凭借联萘单元的可逆轴向旋转，呈现显著温度响应构象转换：升温时从顺式构象（SS-1_cis）转为反式构象（SS-1_trans），使识别空腔从“封闭”变为“开放”状态。这一构象变化赋予SS-1·4Cl⁻ 对脱氧胸苷-腺苷二核苷酸 d(TpA) 表现出升温协同增强的结合能力。其结合常数（K_a）在288 K时约为10⁴ M⁻¹，而在323 K时提升至约10⁶ M⁻¹。相比之下，其对二核苷酸 d(ApT) 的亲和力则随温度升高而显著下降。因此，SS-1·4Cl⁻ 实现了对序列互补的d(TpA)/d(ApT)对的高选择性识别，序列选择性因子（K_rel = K_a[d(TpA)]/K_a[d(ApT)]）从288 K时的~1.1大幅提升至323 K时的~118.8，展现出罕见的升温增强型序列选择性识别。

该研究首次在水相中构建出一种能够通过升温实现对序列互补二核苷酸高选择性识别的人工超分子体系，为仿生温度响应器件的发展提供了新思路，也为理解生物体系中温度调控的分子识别机制提供了一个简化的仿生模型。因此，这类刺激响应性分子识别系统的设计理念有望推动仿生功能材料、自适应分子催化及环境响应型分子器件等交叉研究领域的融合发展。