科学家们渴望建立一个能模仿大自然蛋白质的复杂性和功能的纳米结构，但由耐用和合成的材料制成。这些微观部件可定制成极其敏感化学检测器或持久的催化剂，在此仅举几例可能的应用。

但是正如任何工艺都需要极其的精确，研究人员首先要学会如何巧妙使用他们将会用到的这些材料来搭建结构。来自美国能源部门（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的科学家们的一个发现，并在线报道在《Nature》杂志上，是这个方向迈出了一大步。

科学家们发现了一种设计规则，可使最近创造的物质存在。所述材料是拟肽纳米片。它是一个只有两个分子厚的扁平结构，它由类肽组成，这是与形成蛋白质的肽密切相关的聚合物。

这个设计规则控制了聚合物邻接形成主链的方式，其控制纳米片的长度。令人惊奇的是，这些分子以在自然界中没见过的反向旋转模式链接在一起。该模式允许骨干可以保持直线和解开状态，这是一个特点使得拟肽纳米片比任何生物结构大而平坦。

伯克利实验室的科学家们说，这个以前从未见过的设计规则，可以用来拼凑复杂的纳米片的结构和其他拟肽组分，如纳米管和结晶固体。

更重要的是，他们是通过将计算机模拟与x射线散射和成像方法相结合来发现的，并首次，确定了拟肽纳米片的原子分辨率结构。

“这项研究显示了，设计仿生结构的新方法，”Steve Whitelam说，他是这篇发表在《Nature》杂志上的文章的共同通讯作者。“我们可以开始考虑使用自然没有提供的其他设计原则。”

Whitelam是一名在Molecular Foundry的Theory Facility的科学家工作人员，位于伯克利实验室的一个美国能源部科学办公室。他与共同通讯作者博士后研究员RanjanMannige一起带领这项分子铸造的研究；此外，Ron Zuckermann，他管理Molecular Foundry的生物纳米结构设施。他们使用的国家能源研究科学计算中心（NERSC），是位于伯克利实验室的另一个DOE科学办公室设备的高性能计算资源。

拟肽纳米片是由Zuckermann的研究小组在五年前发现。他们发现，在适当的条件下，拟肽会自组装成二维组件，并可以长达数百微米。这种“分子纸”已经成为一个热门的前景，对于分子设计可作为一种蛋白质模拟平台。

要了解更多有关这个潜在的建造材料，科学家们着手了解其原子分辨率级的结构。这包括实验与理论之间的反馈。在Molecular Foundry和先进光源收集的显微镜和散射数据，也是位于伯克利实验室的美国能源部科学办公室的设施，与NERSC进行的分子动力学模拟进行比较。

该研究揭示了关于拟肽纳米片了一些新的事情。其分子组成在其整个结构发生变化，也只能从一个特定的最小长度的拟肽形成，它们含有水口袋，而且当涉及到水和离子时，它们是潜在多孔的。

这些见解本身是耐人寻味的，但是当科学家们研究了纳米片“骨架的结构，他们惊讶地看到了在蛋白质结构生物学领域没有找到的设计规则。

这里的区别：在自然界中，蛋白质是由β折叠和α螺旋组成。这些基本构建块本身由骨干组成，并且构成这些骨架的聚合物都使用相同的规则连在一起。每个相邻聚合物在相同的方向增量旋转，使其沿着主链上扭转。

这条规则并不适用于拟肽纳米薄片。沿着它们的主链中，相邻单体单元旋转方向相反。这些反转彼此抵消，从而产生线性和无捻骨干。这使得骨干网在两维上被平铺，并延伸成大片，比那些自然可产生的还要平。

“发现这个设计规则是一个巨大的惊喜，使拟肽纳米片直到都可能躲避生物学领域，”Mannige说。“这个规则也许可以用来建造更多的未实现的结构。”

Zuckermann补充说道，“我们也希望有其他的设计原则等待着被发现，这可能导致更多的仿生纳米结构。”

新材料在线编译整理——翻译：Gary     校正：摩天轮