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生物自組裝是自組裝的最高形式。自然界的一切生命以及相關功能都是分子通過多重弱相互作用協同，以非常精密、準確和程序化可控的方式自組裝而實現的，并能夠實現對多種刺激的響應，實現復雜的功能。開展模擬生物自組裝研究，將有利于實現復雜功能組裝體系的構建，獲得類生物功能的化學體系。

 

專家認為，自組裝是生命活動的根本，開展生物和仿生自組裝研究將從源頭上提供調控生命過程的新方法和新工具，包括發展基因芯片等在內的新一代高靈敏度、高特異性檢測技術，提供新型智能載藥體系和獲得具有更好生物相容性的材料等，并由此引領生物醫學技術的創新。如基于對DNA堿基互補配對原則的充分認識，人們已經可以從分子水平設計并構建DNA的多層次組裝體，包括核酸傳感器、DNA分子馬達、刺激響應性智能材料或DNA的各種維度組裝體。通過對生物分子動態組裝過程與驅動機制的研究，還將促進對生命過程的了解，開發高靈敏度、高選擇性、低副作用的疾病診療手段，破解生命起源的奧秘。

 

模擬生物組裝已從最初的生物膜結構的模擬，發展到生物膜某些動態結構和功能的模擬以及利用生物特異性相互作用進行可控復雜體系的組裝。許多人工構建的薄膜體系可用于研究界面和表面分子識別，并可作為生物輸運的載體等。雖然生物模擬組裝的靈感源于自然，但該領域的研究更在于創造。美國哈佛大學S. S. Mansy等人在實驗室人工構筑出一種單細胞模型，這種模型能夠自我復制和進化，已經具備了“生命”的基本特征。此外，模擬生物組裝有望實現持續高效的光合成反應，在能源科學領域有著重要意義。

 

 

與會專家指出，當前無論是化學自組裝體系的研究，還是生物演化過程的探索，都面臨同一個問題，即如何理解和應用自組裝的本質和規律。分子自組裝的本質在于各種弱相互作用和協同效應，有關理論研究遠不能滿足實驗研究的要求，尚無很好的理論能夠指導實驗研究。盡管分子自組裝研究已取得一些重要進展，但目前的分子自組裝方法多為一級靜態組裝，具有能量和物質交換的動態自組裝尚處于初級研究階段，構建復雜的功能組裝體系仍是一項重大挑戰。對分子組裝過程的認識尚待深入，亟須發展可控的自組裝方法，實現有限尺度的功能體系組裝。分子自組裝的發展應致力于結構構筑與功能組裝相統一，雖然組裝體的功能多種多樣，但核心科學問題，即電子轉移、能量傳遞和化學轉換等問題亟待闡明。

 

專家分析認為，雖然目前對組裝基元的研究范圍很廣，但可控自組裝基元的研究尚須加強；盡管對自組裝體結構和性質的研究較多，但對組裝本質和規律的認識較少，特別缺乏自組裝的系統理論；對組裝體結構的表征研究較多，但缺乏組裝過程的表征方法；以基礎性研究為主，功能導向的研究較少；從化學和材料的角度研究較多，與物理、生命科學的交叉尚待加強，因此揭示自組裝的本質和規律是當前分子自組裝研究的迫切需求。

 

“復雜超分子體系的研究是分子自組裝未來研究的目標之一。自組裝的研究只有從單一體系發展到多元體系、從單一層次發展到多層次、從靜態發展到動態、從不可控發展到可控、從模型體系發展到功能材料，才能推動源頭創新，實現自組裝研究的突破性發展。”Jean-Marie Lehn說。