高飛雪，陳擁軍，劉冬生，劉鳴華，田中群，張希

1國家自然科學(xué)基金委員會，化學(xué)科學(xué)部，北京 100085

2清華大學(xué)化學(xué)系，北京100084

3中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京 100190

4廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門 100190

1 立項背景及布局

1.1 立項背景

自組裝是指構(gòu)筑基元如有機小分子、高分子、生物大分子和納米顆粒等在非共價作用下自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象和過程1,2。自組裝的核心是通過非共價鍵將基元有序的連接起來形成具有特定結(jié)構(gòu)或者功能的組裝體，與通過非共價鍵形成的超分子體系的構(gòu)筑有異曲同工之妙。我國自上個世紀(jì)八十年代開始了自組裝以及超分子的相關(guān)研究。吉林大學(xué)沈家驄教授和張希教授自20世紀(jì)90年代起組織召開了包括“功能超分子體系香山科學(xué)會議”在內(nèi)的系列超分子化學(xué)的國際會議，極大地促進(jìn)了國內(nèi)超分子化學(xué)研究的普及與研究隊伍的發(fā)展。2005年美國科學(xué)(Science)雜志在在紀(jì)念該刊創(chuàng)辦125周年之際，把“我們能推動化學(xué)自組裝走多遠(yuǎn)？”列為未來最具挑戰(zhàn)性的25個科學(xué)問題之一3，受到世界各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注和重視?！笆晃濉逼陂g，國家自然科學(xué)基金委員會組織了化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)和信息等領(lǐng)域的科學(xué)家充分討論和醞釀從而提出了“可控自組裝體系及其功能化”重大研究計劃(以下簡稱可控自組裝)。該計劃旨在以理論研究為指導(dǎo)、以表征技術(shù)為支撐，揭示自組裝過程的本質(zhì)和規(guī)律；發(fā)展各種新穎的功能組裝基元；建立多層次多組份的可控自組裝新方法；發(fā)展功能導(dǎo)向的自組裝新體系、新技術(shù)，實現(xiàn)功能材料的源頭創(chuàng)新，為材料、生物和信息技術(shù)提供物質(zhì)基礎(chǔ)與理論指導(dǎo)。項目利用重大研究計劃的資助機制，通過組織學(xué)科間的廣泛交叉、隊伍之間的深度合作，造就一批有國際影響的研究隊伍，培養(yǎng)優(yōu)秀人才，造就學(xué)術(shù)領(lǐng)軍人物，通過強化原創(chuàng)性導(dǎo)向，催生若干真正的“中國原創(chuàng)”思想，建立新的研究范式，孕育學(xué)科新生長點和新前沿，形成一批國際引領(lǐng)性方向，奠定我國在自組裝領(lǐng)域的國際學(xué)術(shù)地位。

1.2 總體科學(xué)目標(biāo)

可控自組裝重大研究計劃的總體科學(xué)目標(biāo)包括：

從理論和實驗源頭創(chuàng)新，建立和發(fā)展自組裝中所涉及的新方法、新概念、新結(jié)構(gòu)以及新體系，發(fā)現(xiàn)分子以上層次物質(zhì)科學(xué)中的新現(xiàn)象和新效應(yīng)，揭示自組裝的本質(zhì)與規(guī)律；

揭示自組裝體系的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，構(gòu)筑各種自組裝功能新體系，為材料、生物和信息技術(shù)提供物質(zhì)基礎(chǔ)與理論指導(dǎo)，進(jìn)一步提升我國材料、生物、信息等高新技術(shù)的原創(chuàng)能力；

建立自組裝研究與合作的新模式，通過學(xué)科間的深度交叉，造就一支有國際影響的由化學(xué)、數(shù)理、生物、醫(yī)學(xué)、材料和信息等相關(guān)交叉學(xué)科人員組成的互相滲透而又協(xié)調(diào)統(tǒng)一的研究隊伍。

催生若干真正的“中國原創(chuàng)”思想，孕育學(xué)科新生長點和新前沿，形成一批國際引領(lǐng)性方向，培養(yǎng)優(yōu)秀人才，造就學(xué)術(shù)領(lǐng)軍人物，奠定我國在自組裝領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)地位。

1.3 總體布局和實施思路

按照可控自組裝重大研究計劃項目立項時的規(guī)劃，項目專家組擬定了以組裝基元、組裝方法以及組裝體功能為主線，組裝方法與理論研究為兩翼的整體思路(圖1)。根據(jù)項目的科學(xué)目標(biāo)，該重大研究計劃分為以下兩個階段執(zhí)行。

1.3.1 培育階段

圍繞核心問題，面向?qū)W術(shù)界征集項目，引入競爭、激勵機制，以較大的強度資助最具有創(chuàng)新學(xué)術(shù)思想和科學(xué)價值的項目。在培育階段按年度發(fā)布包括“培育項目”(3年)和“重點支持項目”(4年)在內(nèi)的申請指南，共收到申請書共計763份，經(jīng)專家通訊評審和會議評審，正式資助項目122項(其中培育項目103項，重點支持項目19項)。

1.3.2 集成階段

圖1 “可控自組裝體系及其功能化”總體項目布局

根據(jù)計劃的總體目標(biāo)，指導(dǎo)專家組評估了培育階段的項目，在前期研究成果的基礎(chǔ)上，明確目標(biāo)，重點集成，加強資助。對項目進(jìn)行歸納形成四個集成方向：(1)新型相互作用及協(xié)同規(guī)律；(2)新概念的組裝方法學(xué)；(3)多級次組裝與功能；(4)自組裝的增強效應(yīng)。2014年對以上4個集成方向發(fā)布指南，經(jīng)過申請、函評與會評，從10份申請中遴選了4個項目團隊進(jìn)行資助；2015年繼續(xù)根據(jù)2014年指南布局的重點方向進(jìn)行補充集成，形成三個重要集成方向：(1)新型組裝基元及弱鍵協(xié)同作用；(2)表面多級次組裝及功能化；(3)生物組分的多層級自組裝及功能化。發(fā)布指南后，特邀國內(nèi)新成長起來的一些優(yōu)秀青年科學(xué)家參與申請，最終形成6個集成課題。通過組建具有化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、材料、生物等多學(xué)科背景的研究團隊，從理論和實驗源頭創(chuàng)新，建立和發(fā)展化學(xué)組裝中所涉及的新概念、新研究范式和新理論模型，實現(xiàn)在若干方向的跨越式發(fā)展。

1.4 學(xué)科交叉情況

本重大研究計劃充分體現(xiàn)了化學(xué)與物理、數(shù)學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)和信息等多學(xué)科的相互交叉。在實現(xiàn)可控自組裝體系及其功能化的研究過程中，各學(xué)科相互滲透，優(yōu)勢互補。一方面為解決自組裝化學(xué)核心問題提供了基礎(chǔ)，另一方面促進(jìn)了各學(xué)科相關(guān)前沿的研究，同時引起了專家們廣泛的參與興趣。

1.4.1 化學(xué)與物理、數(shù)學(xué)的交叉融合

自組裝過程涉及非常寬廣的時間和空間尺度，對自組裝的理解涉及復(fù)雜熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)。通過化學(xué)與物理、數(shù)學(xué)的交叉融合，初步實現(xiàn)了在不同時間和空間尺度上發(fā)展方法并開展對具體體系的理論與計算研究，從而實現(xiàn)對組裝過程及規(guī)律的認(rèn)識和調(diào)控。

1.4.2 化學(xué)與生命科學(xué)的交叉融合

通過對基于DNA或蛋白質(zhì)等生物大分子基元的自組裝研究，加深了對很多重要生命過程或生命現(xiàn)象的理解，進(jìn)一步理性設(shè)計合成生物大分子基元，構(gòu)筑仿生功能性組裝體。如模擬光合作用，利用高光合效率驅(qū)動化學(xué)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)高效仿生催化二氧化碳還原。

1.4.3 化學(xué)與材料科學(xué)的交叉融合

通過自組裝成功實現(xiàn)一系列具有智能響應(yīng)性材料及高性能結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)筑。例如，通過多級次自組裝，小分子組裝基元可以通過紡絲獲得較高力學(xué)強度的纖維材料；通過調(diào)控亞納米尺寸的無機納米晶體的自組裝，獲得了高性能的無機柔性光學(xué)薄膜。

2 總體完成情況

本重大研究計劃于2010年7月首次正式發(fā)布指南、接受申請以來，該重大研究計劃正式發(fā)布和受理培育及重點項目申請指南四次(2010-2013各年度)，發(fā)布和受理集成項目申請指南兩次(2014-2015各年度)。該重大研究計劃共收到各類項目申請795項(其中培育項目675份，重點支持項目88份，集成項目27項，戰(zhàn)略研究項目5項)，經(jīng)專家通訊評審和會議評審，正式資助項目137項(其中培育項目103項，重點支持項目19項，集成項目10項，戰(zhàn)略研究項目5項)。申請項目涉及國家自然科學(xué)基金委員會數(shù)理、化學(xué)、生命、工材、信息和醫(yī)學(xué)六個學(xué)部，并主要歸屬化學(xué)科學(xué)部。項目負(fù)責(zé)人依托單位分布在全國19個省、市、自治區(qū)，共計承擔(dān)項目137項。資助總經(jīng)費20000萬元，全部資助項目于2018年底順利結(jié)題。

截止到2019年9月，在本重大研究計劃資助下，共發(fā)表論文4776篇，專著9部，批準(zhǔn)專利149個，其中在重要的化學(xué)、物理和材料、工程等JCR一區(qū)國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表研究論文2300余篇，重要成果論文見表1。

為了對比評價重大研究計劃的實施對我國自組裝領(lǐng)域發(fā)展態(tài)的影響，利用“Web of Knowledge”數(shù)據(jù)庫對自組裝領(lǐng)域的論文發(fā)表進(jìn)行了統(tǒng)計。當(dāng)以“Self-assembl*”為關(guān)鍵詞檢索時，統(tǒng)計顯示(圖2)，從2005年到2018年，我國的論文數(shù)量從占全世界論文數(shù)量的15.7%迅速提高到35.8%，達(dá)到三分之一。而同期世界主要科技強國，比如美國，日本和德國，占世界論文的數(shù)量比呈下降趨勢。除了數(shù)量上的發(fā)展，在質(zhì)量上也取得突破，我們統(tǒng)計了國際最具影響的兩個綜合化學(xué)期刊，“美國化學(xué)會志”和“德國應(yīng)用化學(xué)”上自組裝領(lǐng)域相關(guān)論文的發(fā)表情況。數(shù)據(jù)表明，從2005年到2018年，這兩個期刊上與自組裝相關(guān)的論文總數(shù)并沒有太大變化，僅從345篇增長到369篇，但是各主要科技大國的占比卻發(fā)生明顯改變。例如，中國發(fā)表論文數(shù)從2005年的25篇大幅增長到2018年的133篇，占比排名第一，而同期美國從134篇減少到123篇，日本則從45篇大幅減少到24篇。這些數(shù)據(jù)充分表明可控自組裝及其功能化重大研究計劃的實施極大地推動了我國自組裝研究朝著“量”和“質(zhì)”兩個方面的同步發(fā)展。

表1 重大研究計劃資助下發(fā)表論文統(tǒng)計

圖2 Web of Science檢索“Self-assembl*”關(guān)鍵詞的文章數(shù)量發(fā)展趨勢

通過十年多的努力，本重大研究計劃圓滿地完成了既定任務(wù)，實現(xiàn)了總體科學(xué)目標(biāo)，使我國自組裝研究在多個方面系統(tǒng)地實現(xiàn)了從跟隨到原創(chuàng)的跨越式發(fā)展，基本實現(xiàn)與國際同步，部分方向處于國際領(lǐng)先水平，全面推動了我國化學(xué)自組裝研究走向國際舞臺中心。本計劃在擬解決的三個核心科學(xué)問題方面取得了以下重大進(jìn)展。

2.1 發(fā)展了多種具有“中國標(biāo)簽”的新組裝推動力和組裝基元

組裝基元是自組裝的基礎(chǔ)，發(fā)展和設(shè)計新型基元將為可控自組裝向更高層次發(fā)展提供新的契機和驅(qū)動力。項目專家組注重新組裝基元的發(fā)展，強調(diào)理論與實驗的有機結(jié)合，產(chǎn)生了一批具有“中國”元素的組裝基元。例如：

(1) 王梅祥、王德先等課題組，圍繞“陰離子-π作用存在與否”這一國際爭論的問題展開研究，取得了一系列創(chuàng)新性的成果。他們設(shè)計和發(fā)展了一批具有自主創(chuàng)新和特色的大環(huán)分子基元，首次獲得了中性缺電子芳香環(huán)與陰離子形成陰離子-π作用的實驗證據(jù)并證實了陰離子-π作用的普遍4。同時，通過基元設(shè)計，實現(xiàn)了陰離子-π非共價相互作用控制的組裝與解組裝過程，發(fā)展了基于陰離子-π作用的長程組裝超分子體系，為將“陰離子-π作用”發(fā)展成為超分子化學(xué)中重要的新型非共價作用力做出了貢獻(xiàn)。他們還與復(fù)旦大學(xué)徐昕課題組合作，利用自主發(fā)展的新型第五階密度泛函XYG3系列和新型組合模型XO等高精度、高效率的計算方法，系統(tǒng)研究了陰離子-π作用及其影響因素；提出了“軌道靜電作用”新理論，發(fā)展出描述陰離子-π作用的更為準(zhǔn)確和定量的理論模型5。

值得強調(diào)的是，由徐昕課題組設(shè)計開發(fā)的新一代的雙雜化密度泛函方法XYG3，首次探討了引入二階微擾形式的相關(guān)能泛函的理論可行性及其在密度泛函理論框架下的物理圖像。提出新密度泛函極大地修正了目前國際通用泛函在弱(非)鍵相互作用描述上的缺陷，是目前國際上最準(zhǔn)確和最普適的泛函之一。特別地，通過將自旋反平行的局域二階微擾技術(shù)(local opposite spin ansatz)引入到雙雜化泛函，在保證精度的前提下，成功開發(fā)出目前國際上運行速度最快的雙雜化泛函XYGJOS。該系列工作為自組裝所涉及的電子結(jié)構(gòu)問題，提供了強有力的理論計算方法6-8。

(2) 構(gòu)建水溶性有序自組裝孔結(jié)構(gòu)是分子組裝研究領(lǐng)域的重要問題，如何在水中產(chǎn)生強的定向分子間結(jié)合的同時，賦予具有固有疏水性的有機分子足夠的水溶性是其中面臨的巨大挑戰(zhàn)。黎占亭課題組設(shè)計了新型的多臂單體基元，利用剛性的CB[8]大環(huán)對剛性芳環(huán)二聚體的包結(jié)，以主客體作用為驅(qū)動力，實現(xiàn)水相結(jié)合的方向性，構(gòu)筑了二維單層、三維金剛石型以及立方型等超分子有機框架(SOF)結(jié)構(gòu)9,10。他們系統(tǒng)性地研究了SOF體系對客體的富集效應(yīng)，將SOF結(jié)構(gòu)應(yīng)用于負(fù)載抗腫瘤藥物，為后續(xù)進(jìn)一步開展藥物輸送技術(shù)研究確立了新的自組裝策略。形成了具有“中國標(biāo)簽”的功能性組裝體結(jié)構(gòu)：超分子有機框架結(jié)構(gòu)。

2.2 建立了調(diào)控組裝的新概念、新方法

組裝方法是分子組裝科學(xué)研究的核心之一。重大研究計劃提出并發(fā)展了多個新型組裝策略，產(chǎn)生了重要影響。例如：

(1) 張希課題組提出了超兩親分子的新概念，構(gòu)建了一系列新型的組裝基元，為可控組裝開拓了新途徑。同時，針對超分子聚合物面臨的自發(fā)組裝過程不易調(diào)控、兩種單體需具有相似的溶解性及嚴(yán)格相等的摩爾比等挑戰(zhàn)，他們又將超分子化學(xué)與界面聚合相結(jié)合，通過超分子單體在界面上的聚合，使超分子聚合物的制備從均相溶液轉(zhuǎn)移至液-液界面，建立了超分子界面聚合新方法11,12。超分子界面聚合方法的建立進(jìn)一步豐富了超分子聚合的方法學(xué)，為可控制備超分子聚合物材料提供了新的契機。

(2) 受細(xì)胞結(jié)構(gòu)啟發(fā)，劉冬生課題組提出了“框架誘導(dǎo)自組裝”這一普適性自組裝新策略，實現(xiàn)了不同形狀、尺寸單分散的組裝體的高效制備13。他們高效制備了多種DNA-疏水樹狀高分子嵌段共聚物，將其通過DNA的精確互補配對定位到利用DNA納米技術(shù)編織的納米級框架上，再進(jìn)一步誘導(dǎo)其他兩親分子按照疏水樹狀高分子勾勒出的空間輪廓進(jìn)行組裝，從而獲得形狀、尺寸可設(shè)計的囊泡結(jié)構(gòu)?？蚣苷T導(dǎo)組裝研究不僅拓展了分子自組裝的手段，為研究納米組裝結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀效應(yīng)提供方法學(xué)基礎(chǔ)，同時還為了解自然界細(xì)胞形狀的形成與調(diào)控機制提供了實驗基礎(chǔ)。

(3) 田中群課題組在國際上首次系統(tǒng)地提出用于調(diào)控和加速分子組裝過程的“催組裝”新概念，界定了其科學(xué)內(nèi)涵并探索其研究新范式14,15。他們組織了包括實驗、理論和表征三方面的多單位跨學(xué)科隊伍，對催組裝新概念和研究新范式進(jìn)行了系統(tǒng)的探索。在實驗研究方面，利用有機合成、高分辨核磁、DFT計算等手段對一些已知體系進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究，獲得其關(guān)鍵的組裝動力學(xué)參數(shù)，詳細(xì)描述其催組裝機理，初步破解了一些多組分體系組裝過程的“黑箱”；在理論方面，與徐昕課題組合作，利用新的密度泛函方法極大地提高了弱鍵相互作用的計算精度，進(jìn)一步發(fā)展了密度泛函方法和分子動力學(xué)模擬結(jié)合的方法，為破解組裝過程的“黑箱”提供了理論支持；在表征方法方面，針對組裝過程的多位點弱鍵相互作用的協(xié)同特點和難點，發(fā)展了微流控核磁等實時原位高分辨的表征方法，初步建立了催組裝研究的新范式。

(4) 在基元設(shè)計與方法調(diào)控的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了從手性小分子、超分子一直到納米材料等多級次的可控自組裝過程。劉鳴華課題組合成了以組氨酸為頭基的Bola型分子，通過控制其頭基的電性狀態(tài)，成功制備了長度達(dá)到數(shù)百微米甚至毫米級的自組裝納米管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步通過類似于繅絲的方法，將溶液中分散的自組裝納米管仿成絲。該自組裝納米管絲具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其拉伸強度可以媲美常見的商品化高分子材料，如聚苯乙烯、ABS合成樹脂等16。

(5) 王訓(xùn)課題組首次提出了亞納米尺度材料的概念，成功合成了直徑在亞納米尺度(sub-1 nm)、長度在微米量級的GdOOH納米線17。基于該無機納米線與直線型高分子相似的維度特征，他們利用高分子材料加工中廣為使用的電紡絲技術(shù)組裝加工了GdOOH納米線，成功調(diào)控了其組裝過程，在不添加任何高分子輔助劑的條件下，電紡出了表面光滑、直徑均勻可控的纖維材料，為無機納米組裝材料的實際應(yīng)用帶來新的契機。

2.3 實現(xiàn)組裝體多功能集成和精準(zhǔn)調(diào)控

實現(xiàn)特異性的功能是自組裝研究的重要驅(qū)動力，也是自組裝項目的目標(biāo)之一。對于不同的實際生產(chǎn)需求，如催化、能源以及光電等，多級次的自組裝體系因其靈活的可設(shè)計性與可控性，在眾多領(lǐng)域都獲得了普遍的關(guān)注并實現(xiàn)了重大的突破。

(1) 受自然界光合作用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā)，吳驪珠課題組通過組裝基元和組裝方式的設(shè)計，模擬光合作用中心高度有序的結(jié)構(gòu)和精確介導(dǎo)的作用機制，率先利用可控分子組裝增強電子、質(zhì)子和能量遷移，在國際上率先突破了鐵氫化酶模擬配合物穩(wěn)定性差、催化效率低的瓶頸，實現(xiàn)了太陽光驅(qū)動鐵氫化酶模擬物的水相高效產(chǎn)氫；通過模擬光合作用系統(tǒng)PSI氫化酶的工作環(huán)境，形成結(jié)構(gòu)和功能集成的完美系統(tǒng)，再現(xiàn)了自然界氫化酶的高效產(chǎn)氫；通過可控組裝實現(xiàn)了高效、快速、持續(xù)的電子注入，原位制備了多個高效、穩(wěn)定、廉價的人工光合產(chǎn)氫體系，將國際上最高產(chǎn)氫催化轉(zhuǎn)換數(shù)TON提升到1600萬18，創(chuàng)造了產(chǎn)氫催化轉(zhuǎn)換數(shù)的世界紀(jì)錄，大幅提升人工光合作用的性能。

(2) 唐智勇課題組及其合作者提出用MOFs作為選擇性加氫反應(yīng)的調(diào)控器，巧妙地設(shè)計和精準(zhǔn)構(gòu)筑了自組裝三明治結(jié)構(gòu)MIL-101@Pt@MIL-101催化劑。相對于單一鉑納米粒子和負(fù)載型催化劑，三明治結(jié)構(gòu)催化劑可以顯著提高肉桂醇的選擇性(～95.6%)，同時可實現(xiàn)底物肉桂醛的高轉(zhuǎn)化率(～99.8%)，而且也展現(xiàn)了很好的催化穩(wěn)定性19。

(3) 王江云課題組結(jié)合密碼子擴展方法編碼組裝得到的光敏蛋白質(zhì)，能夠成功模擬天然光合作用系統(tǒng)吸收光能，催化二氧化碳還原的功能。通過在熒光蛋白中插入含二苯甲酮基團的非天然氨基酸，對熒光蛋白的發(fā)色團進(jìn)行改性，優(yōu)化熒光蛋白光化學(xué)性質(zhì)，并延長其受激發(fā)后所生成的還原性中間態(tài)的壽命，降低了其還原電勢。在獲得該光敏蛋白后，他們進(jìn)一步應(yīng)用自組裝方法在PSP蛋白表面特定位點裝配了一種小分子CO2電化學(xué)還原催化劑三聯(lián)吡啶鎳配合物。這種雜合蛋白質(zhì)具有在光照條件下還原二氧化碳生成一氧化碳的活性，光量子產(chǎn)率為2.6%，高于大部分已報道的CO2仿生光還原催化劑，為應(yīng)用自組裝方法構(gòu)建光驅(qū)動二氧化碳還原催化體系提供了新思路20。

(4) 丁寶全課題組及其合作者在藥物遞送方面，首次將自組裝的分子機器用于哺乳動物的活體治療，根據(jù)腫瘤新生血管的病理生理特性，設(shè)計了可控開啟的自組裝DNA分子機器作為運載系統(tǒng)。該系統(tǒng)可組裝運載凝血酶，能在腫瘤血管-血液界面發(fā)生特異性相互作用，其共組裝的核酸適配體序列識別腫瘤內(nèi)皮表面特異性抗原核仁素后，造成結(jié)構(gòu)的響應(yīng)性形變開啟，暴露凝血酶從而實現(xiàn)腫瘤血管部位的原位凝血效果。活體實驗表明，裝載凝血酶的分子機器在黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌及原發(fā)性肺癌的小鼠體系都實現(xiàn)了良好的抗腫瘤效果，并且在治療使用劑量下沒有引起免疫反應(yīng)或造成健康臟器的血栓，是一種安全有效的抗腫瘤體系21。

(5) 顏德岳課題組提出了構(gòu)建兩親性“藥-藥綴合物”納米自輸送系統(tǒng)的新思想22。利用生物可降解的酯鍵將親水性抗腫瘤藥物伊立替康(Ir)和疏水性抗腫瘤藥物苯丁酸氮芥(Cb)偶聯(lián)形成兩親性藥-藥綴合物(Ir-Cb ADDC)，Ir-Cb ADDC在水中能自組裝形成納米粒子。與游離的小分子抗腫瘤藥物(Ir或Cb)相比，Ir-Cb ADDC納米粒子具有較長的血液循環(huán)時間，更容易被細(xì)胞攝入，可通過EPR效應(yīng)實現(xiàn)在腫瘤病灶部位富集。

(6) 張希課題組和王樹課題組合作，提出了一種“超分子化療”的新策略，通過控制細(xì)胞毒性隱藏與重現(xiàn)，改善了模型抗癌分子的藥效，以解決常見藥物溶解性差、毒副作用大等問題23,24。王樹課題組及其合作者針對腫瘤自身特殊的結(jié)構(gòu)特征提出了腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的藥物分子細(xì)胞內(nèi)原位組裝的超分子化療新思路。他們設(shè)計、合成了一種新型共價連接π共軛寡聚分子與巰基的紫杉醇體系，通過細(xì)胞內(nèi)選擇性的原位自組裝技術(shù)提高了紫杉醇療效，降低毒性并克服了耐藥性，獲得了較好的抗癌效果。

本重大研究計劃通過頂層設(shè)計和凝練目標(biāo)，匯聚了我國超分子組裝研究隊伍，通過項目倒逼不同背景專家協(xié)同創(chuàng)新，并通過提倡建設(shè)性批評的年度匯報活動促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與爭鳴，實現(xiàn)了化學(xué)與數(shù)理、生命等學(xué)科交叉融合，形成一批跨學(xué)科跨地域的創(chuàng)新研究團隊，極大地推動了我國分子組裝領(lǐng)域?qū)ｉT人才的培養(yǎng)。重大研究計劃執(zhí)行期間，5名項目承擔(dān)者當(dāng)選中國科學(xué)院化學(xué)部院士，其他項目承擔(dān)人獲得長江學(xué)者獎勵教授12人次，杰出青年基金獲得者26人次，優(yōu)秀青年基金獲得者34人次，青年拔尖人才14人次，萬人計劃學(xué)者12人次。特別值得一提的是，自本重大研究計劃執(zhí)行以來，已有7支研究團隊獲得了教育部創(chuàng)新研究群體，成為我國分子組裝研究隊伍中極富創(chuàng)造力的學(xué)術(shù)群體。

3 結(jié)語

本重大研究計劃充分發(fā)揮化學(xué)、數(shù)理、材料、生命等多學(xué)科交叉合作的優(yōu)勢，從理論和實驗源頭創(chuàng)新，圍繞“可控自組裝體系及其功能化”中“可控”這一關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行合理的項目布局并展開深入研究。系統(tǒng)性開拓認(rèn)識多種新型弱相互作用力，發(fā)展多種具有“中國標(biāo)簽”的新組裝基元，建立類似于有機“人名反應(yīng)”的組裝新方法，以理論研究和表征技術(shù)為支撐，深入揭示自組裝過程的本質(zhì)和規(guī)律，實現(xiàn)了多組分、多層次組裝體的功能。這些研究工作較好契合了國際上分子組裝和功能材料領(lǐng)域發(fā)展的新方向和趨勢，全面展現(xiàn)了多級組裝的優(yōu)勢，詮釋了可控組裝理念在催化、光電和生物功能材料研究中的重要貢獻(xiàn)，促進(jìn)了化學(xué)、數(shù)理、生物、材料基礎(chǔ)研究與分子組裝的緊密銜接，構(gòu)建了一批有重要科學(xué)意義和潛在實用價值的分子組裝體系，系統(tǒng)地實現(xiàn)從跟隨到原創(chuàng)的跨越式發(fā)展，基本實現(xiàn)與國際同步，部分方向上處于國際領(lǐng)先水平，全面推動了我國化學(xué)自組裝研究走向國際舞臺的中心。