具有智能特性的下一代生物材料要求材料不仅能与生命系统共存，还要与生命系统相融合，这对于生物材料的构建基元提出了更高的创新要求。蛋白质和糖类的复杂性和多样性使它们能够成为精确组装的独特构建模块，所获得的精确生物大分子组装体具有纳米级精度、多维可控微结构、内源性生产、易于与活细胞整合、动态和层次化的特点，以及其固有的生物活性可以转导生物信号等诸多优势。同时，蛋白质和糖类的一些内在特性，如准确识别、自组织和适应性等，使得它们特别适用于设计并构筑与生命系统集成的新一代生物材料。

2022年8月31日，复旦大学高分子科学系陈国颂-江明课题组在化学领域权威杂志J. Am. Chem. Soc.上在线发表题为“用于下一代生物材料的蛋白质和糖的精确组装体（Precise assembly of proteins and carbohydrates for next-generation biomaterials）”的前瞻性文章（Perspective）。J. Am. Chem. Soc.的前瞻性文章为作者对一个领域集中性的个人评论，主要评估该领域的现状，并将重点放在确定该领域正在取得的关键进展或亟需进展，并着眼于未来，用于启发和帮助指导未来的研究工作。

该论文专注于使用蛋白质和糖类作为构建模块的人工精确组装。首先总结蛋白质精确组装体的现有设计策略，主要包括基于化学方法的配体设计、多组分杂交体系和蛋白质设计这三个类别。然后，对设计具不同维度的蛋白质精确组装体的对称性规律进行了探讨，包括0维蛋白质笼和环、1维纳米管和纳米纤维、2维蛋白质纳米片层和晶格、以及3维蛋白质晶体。最后是蛋白质组装体目前已经实现的各种功能，包括药物递送、疫苗开发、免疫治疗、酶促催化、纳米器件等。承载这些功能的蛋白质精确组装体，和蛋白质在细胞水平上所形成的活性组装结构，将提供与现有生物材料相比完全不同的全新策略。在糖类精确组装部分，则介绍了由糖聚合物、糖蛋白和糖肽获得的、具有序结构的组装体，及其在分子识别、抗病原体和免疫治疗中的应用。

该文总结了目前用于蛋白质和糖类的精确自组装方法和设计策略，综述了蛋白质和糖类的人工精确组装体在生物材料领域潜在且诱人的应用前景，并展望了该领域未来所面临的挑战和机遇。该文将有助于深入理解蛋白质和糖类的精确组装体的设计规律与方法，有望促进这一类新兴材料在生物医药、酶促催化等多个领域的应用，并为蛋白质和糖类自组装领域所面临的挑战和应对策略提供见解。

课题组近年来关注基于糖类和蛋白质的创新组装策略与相关生物材料开发，针对天然蛋白质精确组装结构的构筑，提出了基于识别蛋白质的刚性配体的“诱导配体”—蛋白质组装新策略；同时结合糖化学方法和合成高分子，研究了寡糖结构与组装体聚集态结构、免疫功能之间关系，相关创新性成果连续发表在J. Am. Chem. Soc.上(2016, 138, 1932; 2016, 138, 12387; 2017, 139, 14684; 2018, 140, 8851; 2019, 141, 19448; 2021, 143, 6622.)。

复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位，复旦大学高分子科学系博士生李龙为论文第一作者，高分子科学系陈国颂教授为通讯作者。李龙同学硕士毕业于复旦大学生命科学院，研究方向为结构生物学。李龙在上半年疫情封校期间完成了该文的大部分写作工作。该工作受到国家自然科学基金杰出青年基金等项目的资助。

论文链接：Long Li, Guosong Chen*, “Precise Assembly of Proteins and Carbohydrates for Next-Generation Biomaterials.” J. Am. Chem. Soc., asap 

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c04418