分子自组装

分子自组装是分子在没有外部来源的指导或管理的情况下采用定义排列的过程。有两种类型的自组装。这些是分子内自组装和分子间自组装。通常，术语分子自组装是指分子间自组装，而分子内类似物更常称为折叠。

分子自组装是超分子化学中的一个关键概念。这是因为在这种系统中分子的组装是通过非共价相互作用（例如，氢键、金属配位、疏水力、范德华力、pi-堆叠相互作用和/或静电）以及电磁相互作用来引导的。常见的例子包括由表面活性剂分子形成胶体、生物分子凝聚物、胶束、囊泡、液晶相和朗缪尔单分子层。超分子组装的其他例子表明，使用分子自组装可以获得各种不同的形状和尺寸。分子自组装允许构建具有挑战性的分子拓扑结构。一个例子是Borromean环，互锁环，其中一个环的移除解锁了其他环中的每一个。DNA已被用于制备Borromean环的分子类似物。最近，已经使用非生物构件制备了类似的结构。

分子自组装是生物体中生物大分子组装体和生物分子缩合物构建的基础，因此对细胞功能至关重要。它表现在脂质自组装形成膜，通过单链氢键形成双螺旋DNA，以及蛋白质组装形成四级结构。错误折叠的蛋白质分子自组装成不溶性淀粉样蛋白纤维是感染性朊病毒相关神经退行性疾病的原因。纳米级结构的分子自组装在显着的β-角蛋白薄片/刚毛/刮刀结构的生长中发挥作用，这些结构用于使壁虎能够攀爬墙壁并粘附在天花板和岩石悬垂上。

当由基因编码的多肽的多个拷贝自组装形成复合物时，这种蛋白质结构称为多聚体。编码多聚体形成多肽的基因似乎很常见。当多聚体由特定基因的两个不同突变等位基因产生的多肽形成时，混合多聚体可能表现出比每个突变体单独形成的未混合多聚体更大的功能活性。在这种情况下，这种现象被称为基因内互补。Jehle指出，当浸入液体中并与其他分子混合时，电荷波动力有利于相同分子作为最近邻的结合。

分子自组装是纳米技术自下而上方法的一个重要方面。使用分子自组装，最终（所需）结构被编程为分子的形状和官能团。自组装被称为“自下而上”的制造技术，与“自上而下”的技术（如光刻技术）相比，其中所需的最终结构是从更大的物质块中雕刻出来的。在分子纳米技术的推测性愿景中，未来的微芯片可能由分子自组装制成。使用生物材料的分子自组装构建纳米结构的一个优点是它们将降解回可以被身体分解的单个分子。

DNA纳米技术是当前研究的一个领域，它使用自下而上的自组装方法来实现纳米技术目标。DNA纳米技术利用DNA和其他核酸的独特分子识别特性来创建具有有用特性的自组装分支DNA复合物。因此，DNA被用作结构材料而不是生物信息的载体，以制造复杂的2D和3D晶格（基于瓦片以及使用DNA折纸方法）和形状为3D结构的结构。多面体。这些DNA结构也被用作组装其他分子（如金纳米颗粒和链霉抗生物素蛋白）的模板。

单层分子在界面处的自发组装通常称为二维自组装。此类组件的常见示例之一是Langmuir-Blodgett单层和多层表面活性剂。非表面活性分子也可以组装成有序结构。早期的直接证据表明，非表面活性分子可以在固体界面组装成高阶结构，这是随着扫描隧道显微镜的发展以及此后不久的发展而来的。最终，两种策略开始流行用于二维结构的自组装，即超高真空沉积后的自组装和固液界面处的退火和自组装。