多尺度分級有序組裝是生物體中普遍存在的一種現象。生物內源分子包括肽和蛋白質等均能通過分子間多種弱相互作用(如氫鍵、靜電力、範德華力、π效應和疏水作用等)的協同，自組裝形成各種多尺度有序結構，為生物體提供多樣化的功能。對多尺度分級有序組裝的研究，一方麵有助於人們在分子水平上認識自然界中生命起源、形成和演化的過程;另一方麵也為新材料的合成以及生物新技術的開發提供了新的思路和手段。然而，如何通過弱相互作用的協同和調控，實現生物分子(尤其是生物小分子如寡肽)可控組裝，構建仿生的多尺度分級有序功能體係仍是一個長期的挑戰。

        在國家自然科學基金委、中組部和中國科學院的大力支持下，中國科學院過程工程研究所研究員閆學海團隊在基於生物分子組裝的仿生光合成和抗腫瘤治療方麵取得係列進展。研究人員受天然蛋白質調控色素分子自組裝的啟發，提出了寡肽調控卟啉自組裝構建仿生功能體係的策略。通過對寡肽親疏水性的合理設計，實現了分子、納米和微米尺度有序自組裝結構的構建，獲得的長程有序自組裝纖維束具有光學各向異性、手性放大、大斯托克斯位移、增強的光穩定性和光催化活性等特性(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 500–505)。

        進一步研究表明，這種寡肽調控卟啉自組裝的過程在模擬火山熱液的環境中能夠高效地進行，獲得的多尺度組裝結構在酸性、高溫和高鹽的條件下穩定，並且能夠通過原位礦化整合二氧化鈦和鉑納米顆粒。雜化組裝體中卟啉和納米顆粒的有序排布與綠色硫細菌中綠色體和反應中心蛋白的組織形式類似，實現了在苛刻條件下的光催化產氫。因此，肽調控卟啉自組裝的多尺度有序結構一定程度上模擬了生物光合成係統，為研究原始光合成係統的形成提供了參考，並對仿生生物能源體係的構建具有重要指導意義(Adv. Mater. 2016, 28, 1031–1043)。

        肽調控功能分子的自組裝，不僅為仿生生物能源提供了一種新的思路，也為納米藥物的構建提供了一種新的策略。針對光動力治療中光敏劑藥物遞送效果差的問題，研究人員通過分子間弱相互作用的協同和調控，實現了寡肽分子對光敏劑的可控組裝，獲得的光敏劑納米藥物穩定性好、載藥量高、具多重響應性釋放和腫瘤選擇性富集等優點，在小鼠體外和體內抗腫瘤治療中起到了良好效果(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3036–3039)。寡肽分子具有生物安全性好、無免疫原性的優點，以其調控藥物分子自組裝有望獲得高效抗腫瘤納米藥物(Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201605021)。在最近的工作中，他們設計、合成了寡肽和卟啉的共價複合物，這種新型的複合物在水體係中能自發組裝形成粒徑 25 nm 左右的納米點。組裝過程中卟啉在π效應作用下形成 J - 聚集結構，而肽分子不僅通過親水作用為納米點提供了在水環境中的良好分散性，而且通過與卟啉的π作用阻止了納米點的進一步生長，實現了長期的膠體穩定性。由於納米點中卟啉處於高度聚集狀態，其吸收的光能通過熒光或光化學失活的途徑被抑製，增強了其光熱轉換效率。納米點在腫瘤的光熱治療中展現了優良的腫瘤富集和腫瘤殺傷性能，首次實現了肽調控自組裝光熱納米粒子的構建和抗腫瘤治療應用，為以超分子科學設計治療性的納米組裝藥物提供了新的思路。

        基於該研究團隊在肽自組裝和功能調控方麵的係列研究，英國皇家化學會發表了題為《肽自組裝：熱力學與動力學》的 Critical Review(Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 5589–5604)，係統評述了肽自組裝中熱力學和動力學調控的重要性和相關進展，並展望了肽基多尺度分級有序組裝和功能調控領域的未來發展方向。