由互锁配位聚合物构成的化学锁子甲

连锁分子进入了一个新的维度。研究人员通过构建级联共价有机框架(COFs)合成了一个“无限三维连环烷”。这种化学锁子甲非常灵活和有弹性，可能会在材料科学和合成生物学中得到应用。

“化学家们一直热衷于控制原子和分子来创造具有新特性的更大结构，”第一作者说奥马尔Yaghi他来自加州大学伯克利分校。他说:“这是三维连锁COF结构的第一个例子。”完美的晶体结构的材料意味着联锁是均匀的，不间断的整个网络。Yaghi继续说:“在分子水平上，分子互锁允许许多自由度，这是一种消耗能量的机制，如外部压力。”因此，COF化学锁子甲表现出极大的灵活性，但它几乎是牢不可破的。

COF是按照构建块方法准备的，最初是在网状化学领域开发的。Yaghi说:“这种策略提供了可设计性和简单的方法来产生复杂的结构。”在确定了化学锁子甲的正确分子几何结构后，研究人员将其功能化，使其易于相互反应——在这种特殊情况下，醛和酰胺会凝结成亚胺键。

莱斯利Hamachi他是加州州立理工大学的一名COFs专家，他没有参与这项研究，他解释说，这是“第一个带有重复连接环的连锁锁子甲”。虽然之前的论文报道了其他相互渗透的结构，如链和编织线，但“三维扩展晶体”此前从未实现过。“新的拓扑结构——缠绕材料的方式——导致了不同的机械性能，”她补充道。

此外，尽管链状COF很复杂，但合成过程非常简单。Hamachi说:“两种分子在液体溶剂中与催化剂混合并加热后结合在一起。”“几天后，这种材料就会在容器底部形成固体。她解释说，其中一种前体是专门为这种反应制备的，但“其他的都是市售的”。这将有助于进一步研究这类连锁结构。

Yaghi表示，最大的挑战是找到合适的条件。他说:“自从2005年我们实验室发现并开发出第一批cof以来，我们一直在解决这个问题。”此外，该团队需要具有精确“拥抱”部件的积木，否则最终的结构不会以无限的链环模式锁在一起。Yaghi补充说:“现在，我们创造了高度复杂的结构，仅一步就包含了数百万个连锁多面体。”

除了在材料科学中的应用，研究人员还梦想在合成生物学中的应用。例如，病毒的衣壳上有链环，可以适应不同的货物大小，并相应地膨胀和收缩。锁子甲COFs可以为分子血管和药物输送提供一种替代方案。其他应用可能出现在生物材料领域。Yaghi解释说:“COF链甲的弹性灵活性可以用于人造肌肉、皮肤和软骨。”