模仿生物學將粒子自組裝提升到新水平

科技日報北京9月27日電 （記者張夢然）美國物理學家創造了一種自組裝粒子的新方法，這一進步為在微觀層面構建複雜和創新材料開闢了新途徑。這一發表在《自然》雜誌上的新突破，主要集中在乳液（浸入水中的油滴）及其在摺疊體自組裝中的應用，這些獨特的形狀理論上可從液滴相互作用的序列中預測出來。

自組裝於2000年代初推出，為科學家提供了一種“預編程”粒子的方法，允許在沒有進一步人工干預的情況下建造材料。

自組裝過程借鑑了生物學領域，使用膠體模擬蛋白質和RNA的摺疊。研究人員此次在水中創造了微小的油基液滴，其具有一系列DNA序列，可作為組裝“指令”。這些液滴（粒子）首先組裝成柔性鏈，然後通過黏性DNA分子根據預編程的相互作用摺疊，再引導鏈通過複雜的路徑形成獨特的幾何形狀，產生了十幾種類型的摺疊塊，可編碼形狀“庫”中600種可能的幾何形狀的一半以上，為進一步組裝成更大規模的材料開闢了道路。

紐約大學物理系教授傑思娜·布魯基奇解釋説，與每一塊都不同的拼圖遊戲不同，研究過程僅使用兩種類型的粒子，這大大減少了編碼特定形狀所需的構建塊的種類。新方法的創新性在於使用了類似蛋白質摺疊的方式，但長度比蛋白質長1000倍，它不需要大量構建塊來編碼精確的形狀，只需要少數幾個，因為每個塊都可採用多種形式。

布魯基奇説，能夠對膠體結構進行預編程，為人們提供了創造具有複雜和創新特性的材料的方法。新研究展示瞭如何創造數百種自組裝幾何形狀，為創造下一代材料提供了新的可能性。