英文原题：The Art of Building Small

作者：Ben L. Feringa

内容介绍：

500多年前，列奥纳多·达·芬奇就曾告诉我们: “where nature finishes producing its own species, man begins, using natural things and in harmony with this very nature, to create an infinity of species” 。 在复杂生物系统中，动态分子功能所展现出的惊人的精准性，如视觉、复制、自我修复、循环、适应和代谢等，向所有化学探索者发出了警醒。大自然仅凭一套极为有限的分子构建模块，便从底层向上构建出了包含所有复杂分子系统的生物体，这一过程令人叹为观止。对于化学这门卓越的创造科学而言，这无疑是一个再明确不过的信号。面对未来可持续社会与工业的重重挑战，化学将比以往任何时候都更加需要充分发挥其中心作用。绿色工艺与产品、智能材料与能源载体、可回收塑料、通过设计而非试错法开发新型药物等，在这些领域中，构建微小结构的艺术将引领未来，而高度精准的化学将成为我们众多未来创新的坚实基石。从大自然的奥秘中汲取灵感，我们发现分子通信、传感与适应、自我修复以及循环等特性早已深植于其分子系统之中，这为我们探索未来化学反应的精准调控、分子特性的优化以及功能的拓展，开辟了无限广阔的天地。

在化学中，探索精准这一概念存在着诸多挑战和方法，例如，如何实现化学键的高选择性、我们能够在多大程度上精准调控材料的功能，或者如何在远离平衡态的复杂系统中实现不同分子之间的协同作用。尽管催化作为我们化学过程的核心取得了令人惊叹的进步，增强了化学选择性和对映选择性，但为了减少环境影响和降低能源成本（尤其是对于各种非均相过程），往往需要在键形成方面大幅提高精准水平，以实现未来可持续的化学过程。在这方面，酶，特别是利用蛋白质工程技术，或许可以引导我们找到更环保的解决方案。也许更具挑战性的是面对回收材料需求的精确键断裂。在不损害功能的情况下，平衡稳健性和易于回收性需要像生物系统一样，精确地平衡键强度和分子间相互作用。在这里，共价动态共价键和非共价（超分子）键的相互作用需要精确调节结构和功能。在成功构建化学键100多年后，如何实现按需控制键断裂也是一个挑战。

随着化学从分子迈向适应性材料与动态系统，引入能够触发响应行为的功能变得至关重要。在此过程中，结构、组装与运动之间的精准且微妙的平衡显得尤为关键。例如，本期我们介绍的文章（DOI：10.1021/prechem.4c00103）展示了一项创新成果：利用分子马达实现了基于嵌入液晶微胶囊中的光驱动旋转马达的光响应涂层。凭借这些微小而精妙的分子机器，可以通过光实现非侵入性的驱动行为。智能且适应性强的材料在从涂层到能源管理和生物医学应用等多个领域，展现出极为广阔的前景。

在新兴的光药学领域，为了实现对药物生物活性的非侵入性调节，并具备高时空控制性，需要精心设计的分子开关。这些分子开关需在生物相容条件下运行，并利用红光，这对于未来的临床精准治疗具有至关重要的意义。

电化学与光氧化还原催化为化学领域以及我们未来的可持续化工带来了巨大的变革机遇。再次强调，精准匹配氧化还原性质是实现令人惊叹的新转化的关键所在。除了调节反应性和适应性外，还应认识到，从聚合物到个人护理配方，许多我们日常使用的产品都是由复杂的多组分分子系统构成。从试错法转向设计驱动，人工智能与机器人技术将被常规应用于我们的发现过程，以实现这些产品的高精准组成。

显然，精准在我们的学科中提供了迷人的挑战，并且在微观构建的艺术中具有许多方面，但绝不是化学科学未来的小事。

[中文翻译仅供参考，一切内容以英文原文为准]

Cite this: Feringa, B. L. The Art of Building Small. Precision Chemistry 2025, 3 (3), 108–109. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00023.