在生物体内，核苷生物分子的多重氢键组装，例如碱基对和G-四链体，在基因重组、转录、复制和翻译等生理过程中发挥重要的作用。为了深入理解核苷的氢键组装模式，超分子化学提供了一种主客体方法，能够在水中实现核苷分子的仿生氢键组装。例如，人工分子笼通过其疏水空腔，在水相中成功捕获氢键碱基对。然而，目前在水相环境中构建具有疏水空腔的仿生识别体系，以捕获和稳定具有多重氢键的核苷四链体等复杂立体组装结构，仍然面临着重大挑战。

近日，西北大学曹利平教授课题组采用尺寸匹配合成策略，通过一步双关环的反应途径成功构建了一种具有双重手性结构的四苯乙烯基螺双环，包含平面手性构型和螺旋桨式手性构象（见图1）。这种螺双环分子具有双空腔的立体结构，在水溶液中能够与四个d(GpC)二核苷分子形成主客体相互作用，成功捕获具有双层氢键结构的G•C•G•C四链体，并呈现出手性响应功能。

单晶结构分析表明，螺双环提供了一个合适的疏水微环境，能够同时与四个d(GpC)二核苷分子结合形成G•C•G•C四链体。这些四链体包含两个碗状的G•C•G•C四分体，每个四分体都具有两对Watson-Crick型三重氢键，通过氢键、CH···π相互作用和疏水效应等多种非共价作用稳定在螺双环的双空腔中（见图2）。在每个G•C•G•C四分体中，共有八个氢键，其中包括两对分子间碱基C和G之间的Watson-Crick型三重氢键（约1.99 – 2.18 Å），以及分子内碱基C和G之间的两个单氢键（约1.99 – 2.02 Å）。两个G•C•G•C四分体中的氢键以相反的方向旋转，呈现出反平行排列的结构。

基于TPE单元的动态螺旋桨式手性构象，螺双环通过主客体之间的手性传递，在水溶液中展现出对G•C•G•C四链体的pH依赖性手性响应。具体而言，当pH为5.74时，形成G•C⁺•G•C⁺四分体，其含有Hoogsteen型氢键；而在pH为9.22时，形成G•C•G•C四分体，其含有Watson-Crick型氢键。这两种不同的氢键组装体可以诱导螺双环中的TPE单元呈现完全相反的手性构象（MMM和PPP），并在圆二色（CD）光谱中表现出正负两种完全相反的响应（见图3）。因此，螺双环具有潜力作为手性传感器，可用于检测核苷分子之间不同氢键组装型态以及监测它们在不同pH条件下的转化过程。

综上所述，本文报道的螺双环分子不仅能作为一种新型人工主体，用于捕获仿生氢键G•C•G•C四链体以研究这类特殊的DNA氢键组装亚结构，而且还显示出作为一种新型手性传感器，用于检测或监测不同核苷氢键组装体。这项研究为针对具有结构多样性的核苷氢键组装体的人工识别体系的设计与应用提供了新的思路和途径。