基于非平衡组装体的耗散自组装（DSA）体系对于精细控制生命体的时空功能至关重要。近年来尽管在模拟这一过程方面取得诸多进展，但与真实复杂的生命体系相比，这些人工DSA体系仍显得过于简化。相较于目前的合成DSA体系（这些体系通常从可溶性前体开始，非平衡组装体为唯一功能组件），生命系统中的平衡态不仅是功能性非平衡组装体的前体，还额外参与一些生命活动，这一特性使得生命体系能以最低的材料成本实现复杂的功能集成。如何高效利用DSA体系中的物质实现复杂生物功能集成目前仍是一个挑战。相关研究不仅有助于深化科学家对生命体系中物质变化的理解，也有助于推动人造“活性”材料的发展。
针对以上难题，上海科技大学物质科学与技术学院郑宜君课题组以手性芳酰基胱氨酸为研究对象，通过秋兰姆类化学燃料的设计，成功构建了可实现生物功能切换的DSA体系。在化学燃料驱动下，组装体可在手性纳米纤维和中空纳米球之间切换，分别实现成纤维细胞增殖促进和疏水性药物的可控递送。这一成果近日发表在国际学术期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie-international Edition)上。
图|具有可切换生物功能的非平衡耗散自组装体系
L型芳酰基胱氨酸衍生物在水中组装成具有超分子手性的平衡纳米纤维，其中M-helix（左旋）的纳米纤维可促进成纤维细胞的增殖,而P-helix（右旋）的纳米纤维可抑制成纤维细胞的增殖。这种对成纤维细胞的促进/抑制作用可通过化学燃料控制。
图|纳米纤维的手性及其对细胞增殖的影响
本研究发现，如果起初在纳米纤维中负载疏水性药物（如DOX），随着燃料的加入，纤维组装体将向非平衡中空纳米球转变，这些疏水性药物将借由纳米球被递送至癌细胞中，进而实现对癌细胞的可控杀伤。随着燃料的耗尽，这些非平衡的纳米球将恢复为纳米纤维，实现疏水药物的回收的同时，再次恢复对成纤维细胞的增殖促进作用。在这一DSA体系中，化学燃料是实现这些生物功能切换的关键。
图|通过化学染料驱动实现生物功能的切换
本研究在DSA中通过化学燃料高效转化功能物质，进而实现了复杂生物功能的集成。研究将有助于深化对生命体系中物质变化的理解，也将助力合成新的“活性”材料。