文|陳根

納米科技是在納米尺度上研究物質的特性和相互作用，并且利用這些特性制造具有特定功能的產品，實現生產力方式飛躍的一個新興科學。納米科技的不斷成長與以掃描探針顯微術（SPM）為代表的多種納米尺度的研究手段密不可分。

SPM不僅能夠以納米級甚至是原子級空間分辨率來確定物體局域光、電、磁、熱和機械特性，而且具有廣泛的應用性，如刻劃納米級微細線條、甚至實現原子和分子的操縱。但是要實現表面上自由移動和拼接不同分子仍然是一項挑戰(zhàn)。

近日，德國吉森大學應用物理學院的研究人員開發(fā)了一種利用掃描探針操縱有機分子自身/交叉偶聯，并在單鍵水平上精準構筑共價有機納米結構的通用方法，為合成難以捉摸的共價納米結構、研究結構修飾和揭示分子間反應途徑鋪平了道路。

實驗中，研究人員提出了一種萬能的方法，用原子力顯微鏡的尖端在Cu(111)上的雙層氯化鈉(NaCl)薄膜上一塊一塊地構建這樣的結構，同時用單鍵分辨率跟蹤結構變化。通過鹵化前體的脫鹵、翻譯和分子間偶聯，選擇性合成了具有順、反構型的共價同型二聚體和homo-/雜三聚體。進一步的結構構建演示包括復雜的鍵序，如碳-碘-碳鍵和融合碳五邊形。

具體來說，研究人員采用碘單取代三亞苯（IT）來驗證該針尖誘導偶聯反應方法的可行性和可控性。然后通過選取具有相同或不同表面手性的IT分子，選擇性生成反式或順式結構。

為了證明該操縱方法同樣適用于構建可拓展的分子結構，研究人員進而采用溴雙取代芘（DBP）作為前驅體分子，并且三聚體兩端的自由基允許繼續(xù)拓展該結構。在此基礎上，又使用更高的偏壓成功誘導連接處分子骨架的重排，形成了并五元環(huán)結構，表明構建和編輯分子間復雜共價接觸的可能。

最后，由于IT分子的表面手性，兩種互為平面鏡像的TPP三聚體被合成出來，再利用掃描探針可控地操縱有機分子的活化、聚集和偶聯反應全過程，實現了相同或不同分子間選擇性共價組裝，并能編輯分子間的連接方式。

未來通過掃描探針技術與人工智能技術的融合，有望實現復雜分子器件的自動化原子制造。