分子自组装

自组装程序的发生通常会将系统从一个 无序(disordered)的状态转化成一个有序(ordered)的状态，其可以发生在不同的尺度，例如分子首先聚集成纳米尺寸的 超分子单元(supramolecular unit；如界面活性剂分子自组装成微胞)，这些超分子单元间的作用力进而促使其在空间上做规则的排列(如微胞排列成体心立方之晶格)，而使系统具有一种阶级性结构(hierarchical structure)。 自组装普遍存在于自然界中，如生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成；而运用各种分子之自组装亦是建构纳米材料非常重要的方法，这种所谓由下而上（bottom-up）的方法目前被广泛应用来制备具光、电、磁、感测、与催化功能的纳米材料。

分子聚集体化学是化学发展的新层次。分子聚集体化学以分子之间的弱相互作用及其协同效应为基础， 自组装是创造具有新颖结构和功能的有序分子聚集体的重要手段。分子聚集体的化学为实现化学学科的 知识创新提供了契机，同时它与物理、生物、材料等学科交叉融合，而成为产生新概念和 高技术的重要源头之一。拟解决的关键 科学问题：多层次、多组分的分子自组装及组装动态过程；分子间 弱相互作用的加合性、 协同性和方向性；分子聚集体中的电子转移、 能量传递和化学转换。

1、分子间相互作用的协同效应与 自组装原理：通过多 识别位点单体的组装，阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性，建立二维及 三维空间分层次组装的有效原理和方法。

2、多层次、多组分的界面分子组装与功能：致力建立多级界面分子组装方法，研究溶液中的有序组装体在界面转化的规律及其动态形成过程和解组装过程，实现多组分、多层次的功能组装体构筑。

3、 超分子复合物体系组装及组装过程：基于各种 弱相互作用组装形态和性质各异的超分子复合物，实现由超分子复合制备功能超分子材料。

4、分子 聚集体中的电子转移、 能量传递和化学转换：研究分子聚集体中的电子转移和能量传递，为太阳能 光催化制氢提供依据；研究分子聚集体中的化学转化，为提高化学反应的选择性提供新的途径。

5、分子组装体的 手性及功能性手性组装体：研究分子组装体中的手性问题，并创造具有手性放大、手性传递、手性记忆等功能的手性组装体。

6、生物膜模拟与 人工酶：以聚合物囊泡作为模型体系，分别从形态、结构和功能三个层面来模拟生物膜；构筑新型高效 超分子人工 酶体系。

1.建立分子自组装的新概念和新技术，揭示分子自组装的动态过程，认识分子间 弱相互作用的加合性、协同性和方向性，阐明分子聚集体中的电子转移、 能量传递和化学转换的规律，使我国分子聚集体化学的研究水平继续跻身于国际先进行列，某些领域达到国际领先的水平；

2.发展具有高效率、高选择性的分子聚集体 微反应器和 超分子 酶催化体系，创造若干新型智能响应的功能超分子材料，在分子组装的功能研究方面做出具有重要应用意义的成果；

3.形成一支具有坚实的理论基础、创新能力、团队精神并且在国际上有重要影响的优秀研究队伍。

超分子 自组装是近年来倍受重视的国际前沿课题。超分子自组装是分子通过分子间相互作用形成具有 有序结构的聚集体。它往往表现出单个分子或低级分子聚集体所不具有的特性与功能。因此，研究不同层次有序分子聚集体内和分子聚集体之间的 弱相互作用是如何通过协同效应组装形成稳定的有序高级结构；弄清分子结构与分子聚集体高级结构之间的关系和聚集体结构与性能的关系，揭示物质多层次构筑的内在规律，揭示了一些新的科学现象并提出了新的理论计算方法，能对信息、能源，生命，环境和 材料科学中涉及分子以上层次的问题的认识产生飞跃。超分子自组装的研究首先从生物体系的研究受到启发：生命体系中 大分子的高级有序结构对其 生物活性与功能起着非常重要的作用，由许多弱相互作用点共同作用使得很复杂的 生物高分子形成严格一致的分子形状和尺寸，正是这种 弱相互作用对大分子三维构筑的精确控制，才使得生命过程成为可能并得以实现，而这个过程就是 超分子 自组装过程。前人的研究主要是通过具有规整结构的构筑单元通过超分子自组装获得纳米或 微米尺度的有序聚集体。而有序体尺度越大，越难以实现高级 有序结构.

（1）分子自组装在膜材料方面的应用：

分子自组装膜,特别是 自组装 单分子膜(SAMs),是分子自组装研究最多的领域,并且得到了广泛的应用。例如,SAMs在电子仪器制造、 塑料成型、防蚀层研究等诸多领域都有实际应用。SunghoKim等研究了TiO2 纳米粒子与聚苯酰胺自组装薄膜聚合物膜,这种膜可消除生物污垢。自组装单分子膜可通过含有自由运动的 端基,例如 硫醇,氨基等的 有机分子(脂肪族或者芳香族) 对电极 表面改性,赋予了电极表面新的功能。NirmalyaK.Chaki等阐述了SAMs在 生物传感器上的应用,说明了单层分子膜的设计对基于SAMs的生物传感器有关键的作用。F.Sinapi等以多晶锌为基体利用 自组装技术在乙醇溶液体系中合成了(MeO)3Si(CH2)3SH自组装膜,并证实了这种膜是一种具有保护作用的吸收膜。

（2）分子自组装在生物科学方面的应用：

目前分子自组装在生物科学中主要应用在酶、蛋白质、DNA、 缩氨酸、磷脂的生物分子自组装膜。这些生物分子自组装膜被广泛应用于 生物传感器、分子器件、高效催化材料、医用 生物材料领域。例如,缩氨酸 表面活性剂的自组装行为对于研究不含油脂的 生物表面活性剂的人工合成和分子自组装的动力学具有积极的意义。Santoso等人就利用类表面活性剂的缩氨酸分子自组装合成了纳米管纳米囊泡,研究表明其平均直径在30～50nm之间。DNA 树枝状大分子的 自组装是在生命体中组蛋白 DNA自组装体系人工模拟的最佳途径。由于DNA 树枝状大分子自组装体系中的DNA对 核酸酶降解的 阻碍作用,使得这种自组装体系的结构在基因治疗和生物医学领域有非常重要的应用。酶、蛋白质、DNA等生物分子自组装体系,不仅保持了生物分子独特的生物功能,同时又为信息、电子科学的发展提供了微型化、智能化的材料。随着生物技术的进一步发展和材料性能的进一步提高,生物大分子自组装体系将得到更深入的研究和更广泛的运用。