自組裝是生物體乃至自然界中普遍存在的一種現象，生物內源分子包括蛋白質、多肽、脂類和DNA等均能通過分子間弱相互作用（包括靜電力、范德華力、π效應和疏水作用等）的協同組裝形成各種有序結構，進而實現生命功能，引發(fā)生命特征。如何通過調控分子間弱相互作用將生物分子（尤其是生物小分子）組裝成為與生物體具有類似結構和功能的體系是一個長期的挑戰(zhàn)。近日，中國科學院過程工程研究所科研團隊與德國馬普膠體與界面研究所、英國布里斯托大學和中科院化學所合作在自組裝生物分子材料的功能設計和調控方面取得了進展。

在前期研究工作中，受與阿爾茨海默癥（Alzheimer’s desease）致病相關的β淀粉樣多肽纖維形成的分子過程啟發(fā)，該團隊以小分子肽作為組裝基元發(fā)展了一系列功能性的有序分子組裝體和材料，并開發(fā)了其在生物醫(yī)藥方面的應用（Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11186；Adv. Mater.2011, 23, 2796；ACSNano 2012, 6, 111；Adv. Mater.2012, 24, 2663）。在最近的研究中，科研人員發(fā)現通過調控二元組分協同自組裝的驅動力可以將生物啟發(fā)的二肽與卟啉進行有機結合，制備多功能的具有“多室”結構的微球體系，從分子層次上研究了結構與功能的關系，闡釋了分子協同自組裝的機理。二肽和卟啉可被視為“前生物”分子（prebiotic molecules），對它們自組裝的研究，為理解在生命起源和發(fā)展階段生物分子如何通過自組裝過程形成功能的復雜體系提供了參考和新思路。該研究結果發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2366。

同時，在超聲輔助下科研人員實現了天然多糖的可控組裝及微囊化制備（Adv. Healthcare Mater.）。分子內三維交錯的氫鍵作用使多糖很難進行分子間的重新組裝。該研究通過超聲能輔助實現了氫鍵作用分子內和分子間的開關，制備了微囊化的多糖微結構，并研究了多糖膠囊的藥物控釋能力。

該研究得到了中科院、中組部和國家自然科學基金委的大力支持。

二肽和卟啉協同自組裝的多功能微球：A)機理示意圖；B)光學顯微鏡照片；C)斷面的掃描電子顯微鏡照片；D)光催化合成的無機納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。