□本報記者 潘鋒
仿生體系的分子組裝是化學、物理學、生物學和材料學等交叉領域的一個研究熱點，分子仿生的理念成為近年來國際科技界普遍關注的一個前沿科學問題。出席日前在北京舉行的以「分子仿生」為主題的第387次香山科學會議的專家指出，分子仿生將在人類探索生物世界奧秘、新材料合成和新型功能器件的研製等方面發揮重要作用。
分子馬達值得期待
在生物體與生命過程中，生物分子通過不同層次的自組裝，由微觀到宏觀，自發地形成了複雜且精確的多級結構體系，實現了各種特異性的生物功能。會議執行主席、中科院化學所李峻柏研究員在題為《分子仿生》的主題評述報告中介紹，分子仿生是以人工合成分子或生物基元為研究對象，在分子水平上組裝或製備結構與功能仿生的新材料與新系統，研究與模擬生物體中蛋白的結構與功能、生物膜的選擇性、通透性、生物分子或其類似物的檢測和合成等。分子仿生可以模擬生物體實現多功能的集成與關聯，製備智能材料或分子機器，也可以仿生實現生物相容和生物功能，製備生物醫用材料與器件，為現代材料科學、特別是生物新材料的發展提供了無限的創新發展空間。
生物分子馬達是將化學能轉化為力學能的生物大分子。這些大分子廣泛存在於細胞內，它們是蛋白質，也可以是DNA，常處在納米尺度，因此也稱作「納米機器」，分布在線粒體膜內的ATP合酶被認為是迄今為止最小的一種旋轉分子馬達。
哈爾濱工業大學微納米技術研究中心賀強教授介紹，將從生物體中分離的ATP合酶重組到仿生微膠囊上，不僅能實現活性蛋白在體外的重組，再現生物體中ATP合成的生物過程，更好地理解活性蛋白功能，同時也有助於人們模仿生物體的自組裝、識別及跨膜的物質傳輸等功能，開發出相應的功能材料和器件，如新的仿生材料、藥物靶向輸送和控制釋放載體等。
清華大學隋森芳教授介紹了生物三維電子顯微學在這方面的進展及其在分子仿生領域中的意義。隋森芳說，在較複雜的系統層次上對生物大分子自組裝體系以及由它們進一步形成的亞細胞結構的組裝、結構及功能的研究已經成為現代生物學研究的熱點之一。
會議執行主席、清華大學劉冬生教授指出，核酸分子馬達未來的研究熱點應該是定量研究核酸分子馬達的做功過程，揭示納米尺度下的能量轉化規律，製備出生物醫用領域中的智能材料，同時為研究蛋白質分子內/間相互作用提供工具。
仿生膜製備仍面臨諸多挑戰
細胞是組成人體和生物體的基本單元，細胞膜具有其特定的組成、結構和功能，對細胞的生物活性和功能具有決定性的意義。通過對細胞膜的材料、結構和功能進行科學的模仿製成「仿生膜」，將有望創造出化學、生物物理、生物化學、醫學和藥學的新概念和新技術。會議執行主席、中國科學院長春應用化學研究所汪爾康研究員說，進一步揭示天然生物膜的奧秘，更加充分地了解和掌握其生命機理，對解決醫學、農業以及工業上的實際問題具有重要的指導意義。
李峻柏介紹，仿生膜的研究就是在充分了解和認識生物膜的組成、結構和功能，尤其是磷酯、脂質體和蛋白及其結合體的結構和功能的基礎上，設計與製造出與其組成或結構相似的仿生膜體系，模仿生物膜的信息傳輸和識別功能。
中科院過程工程研究所張欣研究員指出，仿生膜結構材料的可控制備依然面臨著諸多挑戰，包括尺寸和均一性的控制、仿生膜的結構模擬、更複雜的仿生膜及其功能的設計與調控、規模化製備技術和裝備以及仿生膜的實際應用等。仿生膜的可控制備目前還停留在試驗階段，開發新型的規模化製備技術和裝備並最終實現產業化，將成為未來的發展方向之一。
構建功能化分子仿生體系
會議執行主席、中國科學院理論物理研究所歐陽鍾燦研究員介紹，很多天然和人工組裝的結構，如病毒衣殼、蛋白質組裝體、DNA聚合物和表面活性劑組裝體都能形成正二十面體結構，正二十面體相對其他正多面體具備最小的彈性能量，是最穩定的多面體對稱結構。這一發現對認識自組裝體的形成機制和力學性質，以及新型組裝體的構建和功能化具有指導作用。
中國科學院化學研究所範青華研究員認為，實現分子仿生體系的功能化將是未來研究中所遇到的挑戰之一。
與會專家一致認為，從分子組裝的角度研究仿生體系目前在國際上還處於發展的初期，目前我國科學家在該領域處於較為領先的地位。分子仿生研究應服務於能源、環境檢測、生物醫藥等重大領域。重點應關注：搭建複雜生物體系的微流控技術研究平臺，發展活性分子仿生體系的構建，將現有的ATP合酶馬達蛋白體系拓展到其他馬達蛋白體系；建立分子仿生組裝體形態演化物理模型；開發新型分子仿生功能可控器件；開發新的分子仿生微納工藝，提高仿生體系的穩定性和重現性；發展新技術提高理解分子仿生體系工作的精確性，開展分子仿生納米機器和蛋白質分子仿生工程等前沿領域的研究等。
《科學時報》 (2011-01-10 B2 技術·產業)