IUCrJ文獻導讀：東京大學升級晶體海綿技術 非晶結構測試到達新高度

X射線衍射是分析分子結構的重要手段，但測試樣品要求必須是高品質晶體。2013年，日本東京大學應用化學工程研究所的研究人員發明晶體海綿技術，用以分析非晶物質的結構。

晶體海綿技術不需要樣品發生結晶過程。隨著樣品溶劑的揮發，目標分子（也叫客體分子）會像水被吸入海綿內部那樣，自動滲透進入晶體海綿內部，并長程有序排列在晶體海綿的孔洞里，從而可以利用X射線衍射對分子結構進行分析。

但之前客體分子的數據質量不高，從而限制了該技術的應用。為了更準確的精修結構進行定量分析， 近兩年東京大學研究團隊提高了他們原有的數據質量，使得該技術投入實際使用。晶體海綿技術的完善對推動整個分子化學研究領域的發展有重要意義。

【圖文導讀】

圖1. （a）為晶體海綿的制備流程，（b）（c）分別為晶體海綿在[010]以及[101]方向上的衍射圖。為使示意圖清晰，略去了填入空位的溶劑(環己烷)分子，只保留溶質分子。

圖2.（a）（b）（c）分別是由環己烷、愈創藍油烴、蛔蒿素填充的晶體海綿的結構示意圖，孔壁用綠色半透明的范德瓦爾斯面顯示。圖中可觀察到由客體分子引起的內孔變形。

圖3.互換溶劑的晶體海綿制備過程。（a、b）為將ZnI2/CH3OH加入50個盛有硝基苯標準溶液的試管中，將混合溶液靜置一周以合成單晶。（c）為試管中合成好的單晶圖（d）使用環己烷沖洗晶體 （e, f）為挑選高質量的晶體海綿（棒狀，尺寸在100 um，且無包覆）將其轉移入瓶中（g）為將高質量單晶放置在微瓶的中心處。（h）為注入約5ug客體混合物 （i）為為促進客體物質充分進入晶格，頂端插入針頭以便溶劑緩慢揮發，并將瓶子置于孵化器中保存。

圖4. 客體吸收方法的改進過程。（a）原始方法（b）晶粒生長法（c）緩慢揮發法（d）高流通量法。

圖5. 左圖為顯微圖的晶面指數，右圖為左圖紅線圈出部分的晶面指數。

圖6.晶體海綿中不同的客體模型。（a）施受主在橘皮精油和硝基苯配合物之間的堆疊結構 （b）愈創藍油烴中甲基和嘧啶之間CH–π的相互作用 （c）溴化菲中氫鍵和溴的相互作用 （d）帶有ZnI 2中碘的立方烷中氫鍵和甲基的相互作用 （e、f）由引入客體分子導致的宿主結構的變形（e）引入橘皮素之前（f）引入橘皮素之后，為方便觀察忽略了其中的客體分子

圖7.被晶體海綿吸收的客體晶體結構（客體為愈創藍油烴）（a）為三維的網絡結構（在[010]晶向上的投影），主體和客體分別由棍棒以及空間填充模型表示。為便于觀察填充空位被省略 （b）為一種非對稱結構。 分子A：觀察到無須的s.o.f=1 B：2個統計規律上無序的愈創藍油烴分子的2重對稱軸的4重無序結構 C：s.o.f=0.186的無須溶劑分子 （6）使用藍色或者黃色標記原子以顯示PART指令和無序模型 （c）單獨展示了客體分子AC（以及交疊的環己烷分子）

圖8. 客體分子愈創藍油烴以及蛔蒿素在晶體海綿中的分子相互作用。

【材料牛注】
IUCrJ，國際結晶學聯合會（the International Union of Crystallography）于2014年為紀念國際晶體年創建的高水平期刊，涵蓋生物醫藥、晶體學、計算材料和物理等研究領域。期刊網址：IUCrJ.org

文獻鏈接：The crystalline sponge method updated

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