中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)的梁浩军教授提出了一种新的催化组装方法，可以在DNA功能化胶体的非平衡系统中逃离亚稳态。该研究发表在美国国家科学院院刊上。

自组装是指组装的原始元素(分子、纳米粒子等)通过非共价相互作用自发形成有序结构的过程。该系统创造新材料的出色能力引起了人们的关注。在理想的组装过程中，系统将达到自由能最低的热力学稳定状态，并形成高质量的组装结构。然而，对于远离平衡态的组装系统，系统容易陷入局部自由能极小的亚稳态，阻碍高质量组装结构的形成。

如何规避远离平衡系统中的亚稳态被认为是自组装领域的一个具有挑战性的难题。对于DNA功能化的纳米粒子组装，一个典型的远离平衡系统，熵控制的热退火策略构成了一种传统的和普遍采用的逃避亚稳态的方法。然而，纳米粒子的聚集和分散通常在退火过程中发生在很窄的温度范围内。在纠正错误连接的非共价键时，热能没有选择性。热退火不利于生物活性粒子的组装或在生理条件下。

受到厦门大学田中群院士提出的“catassembly”概念的启发，梁教授及其团队提出了一种在非平衡体系中实现DNA功能化胶体纳米颗粒催化组装的新途径。基于他们对理论模拟的预测和先前对纳米粒子组装的恒定焓控制策略的研究结果，他们使用一种名为“catassembler”的可移动分子作为催化剂来调整不完美的连接并帮助系统摆脱亚稳态，同时保留组装的框架。

在此策略中，作为加速器的短DNA链与组装结构内部纳米粒子表面的键合端具有直接竞争作用，错误连接的非共价键可以被瞬时DNA链纠正置换反应，帮助系统摆脱亚稳态。在此过程中，加速器不会破坏组装结构的整体骨架，并且可以从最终组装结构中移除。而且，通过改变加速器的结构设计，甚至可以减少加速器的用量，提高效率。

基于同样的原理，在DNA序列设计后，通过改变双组分体系中纳米粒子的核型，直接添加相应的DNA加速剂，可以获得不同晶体对称性的超晶格结构。由于化学反应在恒定温度下发生，因此该策略使得纳米粒子组装的实施变得容易进行。

此外，这种DNA加速器调控策略简单有效，突破了温度调控和初始相态自由能的限制，使得不同胶体晶体之间的“固-固”相变更容易实现。它显示了其在结构可重构的“固-固”相变生物无机复合材料中的应用潜力。

作为调节组装结构内非共价相互作用的通用方法，本研究中提出的加速器策略有望扩展到控制和设计其他软材料系统(多肽、嵌段共聚物等)的组装过程，这些系统是远非均衡。

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