时至今日，自组装科学（Self-Assembly Science）已取得了极大成就，各种类型、各种形貌、各种功能的组装体已广泛应用于各个已知的领域。从物理化学角度上来看，这些熟知的自组装体系全部受控于经典热力学原理（thermal equilibrium-control），稳定于能量最小的热力学平衡态，体系平衡一旦建立，所有参量将不随时间变化；但实际上，生物体内绝大部分自组装体系并非如此运作。截然相反，生物组装体受控于耗散热力学（dissipation-control），体系必须依托外界能量的持续输入才能表现出瞬态组装的趋势，一旦失去能量供给或能量消耗，组装体立即表现出解组装的行为。体系始终运行在高能量的非平衡态，所有参量随时间呈现周期性变化。模拟这种能量驱动的耗散自组装（dissipative self-assembly）是真正构造仿生组装体的基础。但是，目前相关研究非常罕见，其原因主是将能流输入/输出有序整合到分子组装体内部非常困难。

       近期，闫强课题组在这类非常规的耗散自组装领域取得初步进展，开发出一类特殊的非平衡态纳米组装体，通过引入外界三磷酸腺苷（ATP）能流，组装体能够随时间变化周期性自动运行，在低曲率形态和高曲率形态之间往复变化，做类似心脏的自脉动行为（self-pulsation）。而且，调节ATP能流的强度可以精确控制这种脉动行为的周期、频率、振幅和寿命。这种组装体由一类带有ATP仿生受体单元的聚合物组成，ATP分子的引入可以被组装体上的受体捕捉从而引发组装体变形，而组装体内固定的酶分子可分解ATP引发竞争性逆反应。这二者协同作用导致组装体始终在两个非平衡态下周而复始的运行，从而引起周期性的脉动。利用这个特点，可以将其应用在长周期循环的药物缓释或者选择性膜分离材料中。

       相关论文Periodically Self-Pulsating Microcapsules as Programmed Micro-separator via ATP-Regulated Energy Dissipation发表于综合类科学期刊Advanced Science, 2018, 5, 1700591与Pulsating Polymer Micelles via ATP-Fueled Dissipative Self-Assembly 发表于ACS Macro Lett. 2017, 6, 1151，并被选为ACS Editors’ Choice。我系博士生郝翔为两篇论文的第一作者，闫强为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金委的资助。