9.4.6　生命启发的自组装

超分子自组装过程以各种形式存在于自然界中，从蛋白质折叠和形成脂双层到建立地球的整个生物系统。科学家一直渴望利用超分子自组装来构建人造物体，以达到细胞或细胞器的尺寸和复杂性，以便为研究、工程和医学应用构建合成的细胞机器。生物聚合物如DNA、RNA和蛋白质都被用作自组装单元来构建各种复杂的人工结构，实现新功能。

DNA自组装是一种非常有用的自组装构建模块。它具有可编程性，以及来源于在互补DNA链的碱基之间形成的可预测和稳定的配对结构。此外，DNA结构稳定，双螺旋的几何特征得到了很好的研究，并且与其他生物分子相容，这就允许构建功能复杂的“异质生物材料”。科学家们已经开发了各种DNA自组装方法，用于构建展现出大的几何复杂性和纳米级精度的合成结构。

蛋白质是生命的物质基础，它是由α-氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链，再由一条或多条多肽链按照特定方式结合而成的生物大分子。蛋白质具有一级、二级、三级和四级结构，一切生命活动都离不开蛋白质。虽然蛋白质的氨基酸序列决定了它的功能，但必须通过氢键、静电和疏水相互作用自组装（折叠）形成正确的三维结构才能表现出特定的生物活性功能。相对于DNA组装，蛋白质分子的自组装是一个较年轻的研究领域。但考虑到蛋白质分子功能特性及令人惊叹的多样性，蛋白质自组装呈现出广阔的潜力。(https://www.daowen.com)

人工光合作用和相关超分子催化体系。光合作用是自然界的基本反应，叶绿体等通过形成高级自组装结构有效收集太阳光能，将水和二氧化碳转化为葡萄糖并放出氧气，再进一步转化为各种有机物。这一过程涉及高级结构的自组装，通过自组装途径，构建人工光合作用体系，实现利用太阳光的可持续产生清洁能源新途径，是化学家、材料科学家和生命科学家的梦想。当前，以光合作用为模型，发展高效低廉的人工光合作用体系或者超分子催化体系，实现二氧化碳的化学转化、光解水产生氢气和氧气、人工固氮等成为重要的前沿领域。