为化学自组装研究贴上“中国标签”

 
 
为化学自组装研究贴上“中国标签”  
 

催组装与自组装对比示意图。如果把组装类比为在一条河上建桥，传统自组装效率低、耗时长，在催组剂的帮助下，浮桥可快速建立起来。 课题组供图

编者按

2005年美国《科学》杂志在纪念该刊创办125周年之际，提出了21世纪100个重要科学问题和25个重大科学问题，其中唯一与化学直接相关的重大科学问题是：我们能推动化学自组装走多远？

化学合成和组装是科学家们创造各类新物质和新材料的两种基本手段，在过去的200多年里，化学家们主要基于形成或断裂共价键的方法，合成了结构丰富、性质多样的化合物；近30年来，人们还致力于利用键能较弱的各种非共价键，包括氢键、π—π相互作用、偶极作用、静电作用、亲疏水作用等，构筑了具有更复杂结构和更强功能的各类分子组装体。

本世纪以来，自组装日益受到世界各国科学家的广泛关注和重视。2010年，国家自然科学基金委设立了重大研究计划“可控自组装体系及其功能化”，旨在以理论研究为指导、以表征技术为支撑，揭示自组装过程的本质和规律，发展各种新颖的功能组装基元，建立多层次多组分的可控自组装新方法，发展功能导向的自组装新体系、新技术，实现功能材料的源头创新，提高对生命过程的认识和调控能力，并奠定我国在自组装领域的国际学术地位。

该重大研究计划历经8年，取得了一系列代表性研究成果。本期科学基金专版将总结该重大研究计划取得的经验，并展示取得的成果。

■本报记者 甘晓 实习生 丁苏雅

自组装，指的是一些物质和系统可以自发地形成有序结构。在人们的生活中，自组装无处不在——大到行星等天体系统的形成，小到DNA双链分子的形成。

不过，要让分子、纳米或更大尺度的物质结构单元按照人们的设计进行自组装，却是一件十分“科幻”的事。上世纪80年代中期以来，化学家迎接了这个挑战。

如今，越来越多的科学家在思考，化学自组装能走多远，该走向何方。

自2010年起，在国家自然科学基金重大研究计划“可控自组装体系及其功能化”的支持下，中国化学家在新的组装推动力和组装基元、组装新方法、实现组装体多功能集成和精准调控三个层次实现跨越式发展，显著提升了我国在自组装乃至物质科学领域的竞争力和地位。

“一体两翼”：从跟跑起步

“分子组装在化学领域就如同篮球、足球在体育项目中一样，所受的关注度比较高且影响和应用面宽。”该重大研究计划指导专家组组长、中国科学院院士田中群告诉《中国科学报》，经过近十几年的发展，自组装取得了重要进展，国际上自组装领域呈现快速发展的态势。

自组装从简单组装、静态组装逐渐升级到多级组装和动态组装，从不可控组装发展到可控组装，创制出具有动态响应、自适应、自修复等特点的新型自组装体系。

与此同时，这些新型自组装体的应用得到迅速推广，例如将其用在新型聚合物、光电功能材料、催化材料、自修复材料、仿生材料等众多方面。

进入新世纪后，中国科学家也从“跟跑”起步，逐渐进入这一领域中。

田中群回忆，2010年前后，该重大研究计划启动之初，我国在该研究领域与国外有较大的差距。“比如，在组装方法上，当时我国研究基础也比较薄弱，几乎没有主动开拓新方法及发展新的调控手段，更没有中国原创。”

专家组成员和自然科学基金委化学部负责人一致认为，要在化学自组装这一国际上已有一定基础的领域深耕，就必须有中国人的原创工作。