生物分子机器能在外部能源供给下自动运行并实现特定功能，使系统偏离热力平衡以维持生命活动。受这些生物分子机器的启发，化学家设计合成了多种结构独特的自动人造分子机器。早在1989年Hill就已经提出生物分子机器的运行应采用多循环反应网络进行描述。然而，迄今为止所有的自动人造分子机器，无论是光驱动的还是化学驱动的，其运行都是基于简单的单循环化学反应网络。因此，设计具有多循环反应网络特征的人造分子机器具有重大意义，有助于理解生物分子机器的运行机制。

近日，四川大学袁立华教授/李晓伟教授团队与法国斯特拉斯堡大学Giulio Ragazzon助理教授、美国西北大学Emanuele Penocchio博士后以及深圳大学於秀君特聘副研究员合作，基于骨架中含有两个偶氮苯基元的氢键芳酰胺大环构筑了光响应轮烷分子体系，首次实现了具有多循环反应网络特征的自动分子机器，并根据最新的非平衡分析方法量化了该机器运行过程中的方向性，即大环在不同位点光异构化的动力学不对称。

与之前报道的依赖轴线形状变化的体系不同，该轮烷分子体系是通过构型诱导的环的形状变化来实现两个不同识别位点（PY和AM）之间的可逆穿梭。当对其施加光刺激时，大环发生异构化并伴随着环的尺寸变化，异构化后大环对轴线上不同位置的两个结合位点的相对亲和力发生反转，最终导致大环在轴线上的偏置分布。

通过设计合成单一位点的对照轮烷并研究它们的光异构化行为，发现大环对不同结合位点显示出不同的光反应性，即位点会影响所结合大环的光稳态组成和光异构化速率。非平衡分析表明，该多循环反应网络同时按照能量棘轮和信息棘轮两种机制运行。其中能量棘轮表现为，光刺激导致大环在不同构型状态下与两个位点的结合能力发生反转；而信息棘轮表现为，大环在不同位点异构化的光稳态组成呈现差异。此外，目标轮烷1H²⁺可根据操作条件控制方向性，这是一种控制方向性的独特策略。

总而言之，利用具有光反应活性偶氮芳酰胺大环构筑的多循环反应网络人造分子机器，为开发单循环系统以外的机器提供了产生动力学不对称的新方法，为更进一步地设计仿生体系提供了新思路。