薛定諤提出生命以負熵為生。普里高津提出耗散結構理論，進一步闡釋了能量在有序結構演化中的作用。生物組裝體展現出這種能量耗散的特性。當前，科學家借助化學手段，構建了多種耗散組裝體系，獲得了瞬態結構和性質。而遠離平衡態的涌現功能如機械功能相對稀缺。因此，需要拓展耗散組裝的研究范式來探索能量消耗帶來的獨特性質與行為，這將有助于開發復雜功能并深化科學家對生命活性的認知。
11月8日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員劉凱和荷蘭格羅寧根大學Sijbren Otto團隊合作，在《自然-化學》（Nature Chemistry）上在線發表了題為Molecular-scale dissipative chemistry drives the formation of nanoscale assemblies and their macroscale transport的研究論文。該團隊突破了耗散組裝系統中機械做功的難題，證明了高能態的耗散組裝體可作為能量轉化器，這為開發活性材料提供了新視角。該團隊通過調節耗散反應的速率，控制組裝動態和通訊行為，將耗散組裝和馬蘭戈尼效應自組織整合起來，構建了可趨化性運動的活性液滴系統。
該研究開發了耗散酰胺鍵并構筑了活性液滴。馬來酸酐和辛胺在水溶液中反應得到一種酰胺化合物。這一化合物在酸性條件下易于水解。碳二亞胺可作為第二種燃料分子，驅動二酸廢料與辛胺重新生成酰胺化合物，從而構建耗散反應網絡。在這一過程中，酰胺產物能夠通過分子間的靜電和疏水作用與辛胺組裝形成凝聚體液滴。這些液滴中的疏水區域有助于溶解馬來酸酐，進而加速反應，實現自催化的生長。
研究發現，通過控制化學燃料的添加，可以實現對液滴生長的動態調控。化學燃料能夠觸發反應-組裝網絡中酰胺化合物與辛胺的濃度拮抗效應，促進液滴的震蕩式生長；當液滴完全水解消失后，加入化學燃料能夠使其再生，且這一循環可以重復多次，展現出瞬態結構的特征。
進一步，科研人員利用活性液滴與油酸之間的化學通訊，獲得了耗散組裝系統的機械功能。當在液滴溶液表面滴加油酸時，水面上的液滴會向著油酸運動。這是由于液滴中水解釋放出的辛胺可被油酸吸收，從而在水-空氣界面上形成辛胺濃度梯度，導致表面張力的梯度變化。憑借馬蘭戈尼效應，液體從低表面張力區域流向高表面張力區域，促使液滴發生運動。同時，通過控制燃料分子的加入，可以調節液滴的運動速度和持續時間。
在上述系統中，化學燃料在分子尺度上驅動酰胺鍵合成；在納微尺度上，促進高能活性液滴的生成；在宏觀尺度上，推動液體流動而帶動液滴定向運動。通過活性液滴和馬蘭戈尼回流兩種耗散結構的耦合，實現了跨尺度的能量轉化。這一成果為控制馬蘭戈尼效應提供了源-庫系統的調控方法，可用于物質的精確傳送，并有望在構建組裝圖案和活性流體方面發揮重要作用。同時，這一液滴系統由簡單的分子構成，可作為趨化性運動的原始細胞模型，進而構筑復雜群體行為。
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