分子组装理论基础的探究——现状与机遇

分子组装是在分子以上层次创造新物质、产生新功能的重要手段.提升分子组装过程的可控性和组装体功能性是该领域的核心目标,但由于研究复杂分子组装体系的手段和理论的匮乏,迄今绝大部分研究只能限于了解组装过程始末的“黑箱”模式,这成为该领域的发展瓶颈之一.本文围绕分子到亚细胞层次的分子组装体系及其理论方法与模型,尝试将物质、能量与信息作为度量分子组装研究复杂性的三个维度,从简单到复杂地逐级剖析探讨分子组装的理论研究现状、机遇和突破口.首先,在物质维度上揭示分子组装过程呈现多路径、多阶段和多尺度等复杂性;进而在物质基础上引入能量维度,阐明熵驱动或熵焓互补现象普遍存在于分子组装体系中,并探讨远离平衡态的分子组装体系如何产生时空有序的功能耗散结构;继而在物质与能量基础上引入信息维度,探讨分子组装信息网络中的正、负反馈协同,以及如何促使系统涌现出复杂的生理功能.为了突破分子组装理论研究的瓶颈,似乎亟需建立更大的框架.从物质、能量和信息的三个维度协同研究,有望系统深入认知组装规律,进而建立新理论,发展高效精准的调控手段,提升分子组装体系的复杂性和功能性,并可能为生命科学和软物质科学提供新视角和新方法.