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  近年來，合成生物學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域的交叉發(fā)展衍生出工程活材料這一新興材料。工程活材料，由活細(xì)胞和其自身編程的生物聚合物（自組裝的活體功能材料）或細(xì)胞外人工材料支架（雜化的活體功能材料）共同組成。與骨骼、木材和皮膚等天然材料類似，工程活材料中的活細(xì)胞賦予材料各種生命動態(tài)特征，例如能夠按需所取的自我生長、自我組織和自我修復(fù)。此外，工程活材料也能夠在感知外部環(huán)境信號時執(zhí)行人類預(yù)先編程的生物功能，具備顯著的刺激響應(yīng)性，這是很多傳統(tǒng)合成材料所不具備的能力。目前，開發(fā)出的工程活材料已經(jīng)在綠色能源、環(huán)境修復(fù)、疾病治療和智能材料制備等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

  工程活材料的概念圖（感謝陳磊老師繪圖）。類似于種子成長為大樹并開花結(jié)果，工程活材料可通過基因編程的細(xì)胞自我生長所得。工程的活材料（各式各樣的日用產(chǎn)品）可直接用于日常生活，從而提高社會的可持續(xù)性。

  在這篇綜述文章中，作者們從學(xué)習(xí)自然生命開始，介紹了微生物、植物、動物等生命體的一些代表性生命動態(tài)特征（如自生長、自修復(fù)、自組織、環(huán)境響應(yīng)等），這些特征啟發(fā)人類對智能響應(yīng)新材料的設(shè)計。繼而文章從合成生物學(xué)和材料科學(xué)兩個角度系統(tǒng)地總結(jié)了活材料的工程設(shè)計策略以及最新研究進展。首先，對于工程自組裝的活體功能材料，文章從合成生物學(xué)的角度，研究者可重新設(shè)計細(xì)胞胞外基質(zhì)、表面展示蛋白、胞內(nèi)凝聚體等組分，使其表現(xiàn)出人工定制的功能；或者在活細(xì)胞中引入刺激響應(yīng)的基因線路，調(diào)控生命體按需所取地合成靶標(biāo)材料。其次，對于工程雜化的活體功能材料，文章從材料科學(xué)的角度，研究者一方面可以使用水凝膠、膠囊、以及礦物質(zhì)等作為細(xì)胞外的材料支架，包裹可分泌活性生物分子的活體細(xì)胞，使細(xì)胞免受外部不利環(huán)境的破壞；另一方面，可以將導(dǎo)體、半導(dǎo)體、電子器件等與活細(xì)胞相互結(jié)合發(fā)展雜合活材料，這種雜合材料既具備人工合成材料性能穩(wěn)定的特點，又表現(xiàn)出生命體自生長、環(huán)境響應(yīng)等生命動態(tài)特征；當(dāng)前，工程的雜化活材料已經(jīng)在半人工光合、活體醫(yī)療以及生物傳感等領(lǐng)域獲得極大關(guān)注。最后，文章討論了工程活材料對促進可持續(xù)性的積極影響，并提出未來的關(guān)鍵研究方向，比如未來可關(guān)注1）借助高通量自動化設(shè)施篩選底盤細(xì)胞與高效代謝途徑；2）利用定向進化優(yōu)化生物質(zhì)材料性能；3）通過人工智能輔助材料設(shè)計；4）工程自養(yǎng)生物或者使用廉價易獲得的營養(yǎng)源培育活材料；5）提高細(xì)胞耐受性，延長活材料工作壽命；6）推進生命個體或種群之間以及生命與非生命功能組分的分工協(xié)作，提高生產(chǎn)與應(yīng)用效率；7）重視生物安全容器設(shè)計，加強活材料的生物安全管理，以及8）完善活材料應(yīng)用的相關(guān)法規(guī)，為合成生物學(xué)和工程活材料建立明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

  工程活材料集成了生命的各種動態(tài)特征，如生物合成、自我生長、自我組織、自我修復(fù)、感知與響應(yīng)環(huán)境等。工程活材料現(xiàn)已擴展到各種可持續(xù)應(yīng)用，包括綠色能源的生物生產(chǎn)、污染物的生物修復(fù)、生物磚的制作以及作為醫(yī)療材料用于檢測和治療慢性疾病等。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00512