对杆状病毒施加磁场，诱导它们形成形状和大小可调的圆盘

为了模拟自然发生的自组装过程，RIKEN的研究人员已经证明，杆状病毒的自组装可以通过施加磁场来控制。这可能有助于开发比现有过程更可控的人工自组装过程。该研究发表在《自然通讯》上

在建造房子时，砖匠必须把每块砖都拿起来并用水泥固定到位。但在许多生物过程中，“砖块”会自发地排列成结构。由于其高效性和精确性，这种自组装过程越来越多地用于纳米技术和材料科学等领域

然而，与一旦结构达到一定尺寸就终止的自然自组装过程不同，人工自组装过程往往会无限期地持续下去。例如，当病毒的蛋白质外壳变成一定直径的球体或管状时，它将停止生长

RIKEN新兴物质科学中心的Yasuhiro Ishida解释说：“因为我们无法控制人工自组装过程中的结构尺寸，所以这种结构的最终尺寸和形状分布非常广泛。”

Ishida热衷于发现大自然如何控制自组装过程中的尺寸，然后尝试在实验室中复制它。

“我们的问题是：大自然如何在这种高度不可控的系统中控制结构尺寸？”Ishida说。“即使在平衡条件下，也一定有某种机制可以自动控制大小和形状。”

现在，Ishida的团队已经使用杆状病毒展示了一种自组装系统，该系统可以产生直径可由磁场控制的圆盘。磁诱导扭曲利用了一种被称为手性的特性，许多自然系统利用这种特性来限制结构尺寸

由于具有手性，病毒更喜欢在邻居之间稍微扭曲地聚集在一起。当没有施加磁场时，磁盘在自组装过程中会积累扭曲，一旦达到一定直径，就会停止生长

在自组装过程中对病毒施加磁场可以减少相邻病毒之间的扭曲，从而使磁盘变大。改变磁场强度会相应地改变磁盘大小

石田说：“这一过程超越了自然系统，因为它可以自适应地改变其生长的终点。”

当研究人员在圆盘形成后关闭磁场时，圆盘开始慢慢散开，产生螺旋状结构。石田回忆道：“当我的学生向我展示这段解开的视频时，我非常惊讶。”。“它非常漂亮。”

最终，Ishida的团队旨在超越自然，开发创新的自组装系统。石田说：“我们的最终目标是利用自组装技术在体内进行小规模手术。” More information: Shuxu Wang et al, Stimuli-responsive self-regulating assembly of chiral colloids for robust size and shape control, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54217-x

Journal information: Nature Communications