在宏观世界中，利用线绳进行编织、打结或纺织是再寻常不过的操作，但在分子化学领域，以同样方式处理分子“丝线”曾被视为几乎不可能的任务。近日，德国洪堡大学化学研究所Michael Kathan博士领导的团队在《科学》杂志发表突破性成果，成功利用光驱动的人工分子马达，**地将两条分子丝线机械式缠绕，构建出一种极为复杂的互锁分子结构——轮烷（Catenan）。
这种由两个环状分子像链条一样相互扣合却无化学键连接的结构，长期以来是合成化学的难点。Kathan博士解释道：“我们开发的基本上是一台光驱动的单向旋转微型机器。”通过这种受控运动，团队能够机械式地强制缠绕两条分子链，无论它们是否能自发结合。这一成就标志着机械控制首次从宏观世界成功延伸至分子微观层面。
传统合成化学中，若要构建特定的互锁结构，往往依赖分子模板，但这通常只能适用于特定种类的分子，且难以违背分子自然的自组装倾向。自然界中，如蛋白质或DNA等细胞结构组件虽能自组装成三维形态，但往往缺乏固定的**性结构。新方法的革命性在于，它摆脱了对特定模板的依赖，利用光驱动马达产生的定向、可编程的机械扭矩，强行将多种多样的分子“编织”成**的三维结构，并将这种机械运动通过化学反应固定下来。
该研究首次证明了无需模板即可实现对广泛分子种类的**机械控制，具有高度的通用性。实验室中合成的这些互锁分子被视为构建分子链、织物或网络等机械互锁结构的基础积木。这一发现极大地拓展了化学合成的边界，为从分子层面设计具有独特性能的全新材料打开了大门。这类材料有望兼具极高的柔韧性与卓越的机械强度，其性能将完全取决于其独特的分子互锁架构。
对于中国化工行业而言，这一源自德国的基础科学突破提示我们，未来材料竞争的关键可能在于对分子层面的“机械编程”能力，中国企业在布局下一代智能材料研发时，应重点关注光控分子机器与机械互锁结构的前沿动态。