伊利诺斯大学和西北大学的研究人员已经演示了一种仿生结构，这些结构进行自组装是开始于简单的组成部分，就是球体。

　　这些螺旋状“超分子”的构成成分是微小的胶体球，而不是原子或分子。类似方法可用来制造新材料，这种新材料具有的功能也像复杂的胶体分子。该小组公布了他们的发现，就在1月14日出版的《科学》杂志上。

　　“我们现在可以制造全新的一类智能材料，这就会开启新功能的门，这些功能我们以前是无法想象的，”史蒂夫·格兰尼克（Steve Granick）说，他是伊利诺伊大学的方正工程教授，也是材料科学和工程学、化学和物理学教授。

　　格兰尼克研究小组开发的乳胶小球，被称为“雅努斯球”（Janus spheres），在水中，这种小球在一侧彼此吸引，但在另一边彼此排斥。这种双重性质就使这些小球能够形成不寻常的结构，方式上类似原子和分子。

　　在纯净的水中，这些颗粒完全分散，因为它们充电的一侧彼此排斥。然而，把盐添加到溶液中，盐离子就会弱化排斥力，这样，这些小球就可以变得足够靠近，使它们的疏水端能够吸引。这些疏水端之间的吸引力就把这些小球拉在一起，连成串。

　　在低盐浓度，只有少数颗粒的小串会成形。在更高浓度，更大的串就会形成，最终会自我组装，形成链，这种链就具有复杂的螺旋结构。

　　“就像原子会成长为分子，这些粒子能长成超胶体（supracolloids），”格兰尼克说。“这样的方式是非常传统的，如果我们谈到原子和分子在化学上的相互反应，那就是这样，但人们还没有意识到，粒子的行为也可以是这种方式。”

　　该小组设计的小球具有刚好适量的吸引力，就是它们的疏水一侧之间的吸引力，这样，它们就可以彼此连接，但仍然是动态的，足以进行运动、重新排列，以及串的生长。

　　“有多大的粘度确实关系很大。您最后做出的一些东西，可能是无序的，只是些小串，或者，如果这些小球太粘，最终得到就是一个球状垃圾，而不是这些漂亮的结构，”研究生乔纳森·惠特默（Jonathan Whitmer）说，他是这篇论文的联合作者。

　　这一小组的超分子有一个好处，就是它们足够大，可以用显微镜实时观察。研究人员能够观察到雅努斯球走到一起，这些串就生长， 或者是某个时刻只长一颗小球，或者是并入其他小串，重新排列，形成不同的结构配置，研究小组称为同分异构体（isomers）。

　　“我们设计这些智能材料，用以形成有用的形状，这样的性质是大自然不会选择的，”格兰尼克说。

　　这是令人惊讶的，理论计算和计算机模拟是埃里克·卢洁腾（Erik Luijten）做的，他是西北大学材料科学与工程教授，也是工程科学和应用数学教授，参与者惠特默是一名学生，也在他的小组，这些计算和模拟显示，最常见的螺旋结构不是最积极有利的。相反，这些球走到一起的方式是动力学上最有利的，也就是它们碰到的第一个刚好合适的组合。

　　接下来，研究人员希望继续探讨这些胶体的特性，为的是制成更奇异的结构。雅努斯颗粒的不同大小或形状可以打开一扇大门，以制造其他超分子，并在更大程度上控制它们的形成。

　　“这些特殊的粒子具有偏好的结构，但现在我们实现了通用的机制，我们可以把它应用到其他系统，就是更小的粒子，以及不同的相互作用，并尝试制造一些串，使它们可以变换形状，”格兰尼克说。