可控技术实现原子精度“骨架编辑”

一个国际研究团队利用扫描探针显微镜的尖端，以可控方式从有机分子中精准移除单个氧原子，实现了原子精度的“骨架编辑”。这一突破为在原子尺度合成功能性分子结构提供了有力工具，有望推动从基础研究到药物研发等领域的创新发展。相关成果发表于最新一期《美国化学会志》。

有机分子的物理化学性质主要由两方面决定：一是构成分子骨架的核心原子排列，二是连接在骨架外围的官能团。通常，通过添加或修饰官能团来调整分子特性(称为“外周编辑”)相对容易，例如引入亲水官能团，可使疏水分子溶于水。这类操作已属常规。

然而，分子骨架一旦形成，其本身结构便难以直接改动。在药物研发中，不同骨架版本之间有时仅相差一个原子。正因如此，“骨架编辑”近年来备受关注。这一方法可在已形成的分子骨架内精确插入、移除或替换单个原子，从而避免每次从头合成的烦琐。通过构建新骨架，可调节药效或毒性，或改造聚合物结构实现塑料的高值化回收。

然而，原子级精度的“骨架编辑”一直面临挑战。在最新研究中，来自瑞典查尔姆斯理工大学、IBM欧洲研究院及西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学的科学家取得了关键突破。

团队设计了一种前体分子，其骨架包含20个碳原子和1个氧原子。他们将该分子在超高真空环境中升华至覆有双层氯化钠薄膜的铜表面，并置于-268℃的扫描隧道显微镜与原子力显微镜联用装置中。通过在显微镜尖端施加电压脉冲，他们成功去除了骨架中的氧原子，同时保持碳原子结构完整，实现了骨架的精准重构。

借助原子级分辨成像，团队观察到：在大多数情况下，被移除的氧原子转移至分子外围，少数情况下则被完全移除。

此项研究证明了在单分子尺度上实现原子精度编辑的可行性。整个过程犹如构建“原子乐高”，可针对性地移除或替换特定原子，为有机纳米结构的化学与电子性质调控提供了强大手段。