研究思路和框架

针对性地以数种亚细胞结构为对象，在合成体系中设计并构筑对应的模型体系（包括无膜细胞器、晶性膜、微丝网络、星状体等）， 深入揭示组装的机理，探究仿生体系在细胞尺度的功能，并最终在宏观尺度的应用上取得突破。

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综述：Biomimetic self-assembly of subcellular structures, Chem Comm, 2020

科普视频：Inner Life Of the Cell (高清版)_哔哩哔哩_bilibili

研究实例一：仿生星状体

动物细胞中的微管星状体(microtubule aster)，其具有特征的放射状结构：径向排列的微管从中心体向四周发散生长。 该星状体作为弹性骨架为细胞提供机械强度，并作为定位支架使得不同细胞器能够在特定位置进行生长。 这种空间定位对于细胞器之间的关联和协同工作起到重要作用，但是在合成领域尚没有类似的定位策略。 我们设计并构筑了一类仿生星状体，它们具有与生物星状体高度相似的形貌、力学性质和定位能力。 本工作揭示了星状体的形成主要是由基本的物理化学规律决定的，生长初期的无定形核心起到了重要作用， 并探索了其在弹性支架方面的重要应用。

Astral hydrogels mimic tissue mechanics by aster-aster interpenetration, Nat Comm, 2021

Synthetic asters as elastic, radial skeletons, Nat Comm, 2019

研究实例二：以光学显微镜为核心的表征和操控手段

电子显微镜虽然空间分辨率高，但是难以进行原位、动态观察。而光学显微镜及其衍生技术的时间分辨率较高， 能够对样品进行原位动态观察；最近发展起来的超分辨技术更是将空间分辨率突破到了20 nm左右。 我们发展和改造了一系列光学显微和操控的通用技术手段，针对性地研究了发生在纳米到微米、 毫秒到秒这一空间和时间尺度上的自组装行为以及亚细胞结构的动态行为。

Single-crosslink microscopy in a biopolymer network dissects local elasticity from molecular fluctuations, Nat Comm, 2019

Vector assembly of colloids on monolayer substrates, Nat. Comm, 2017

Real-Space, in Situ Maps of Hydrogel Pores, ACS Nano, 2017

研究实例三：时间空间精确控制液液相分离

液液相分离的成核过程通常是由涨落引起的随机(stochastic)过程，所以成核的位置和时间难以控制； 而成核以后液滴的生长也受到分子扩散、对流、融合等的影响，液滴尺寸也较难控制。 我们发展了一种基于激光光热效应的方法实现了在空间和时间上对于液滴形成/溶解以及大小的精确控制。 我们选取了具有升高温度诱导相分离(LCST)性质的体系，利用激光光镊对于镀金的薄膜进行定点加热， 在局域形成一个温度场，导致等温面内发生液液相分离，形成位置和大小完全可控的液滴。利用这一原理， 我们产生了多种非球型液滴、液滴阵列、和液体动画(liquid animation)； 并进一步探索了客体分子的定点富集、转运、释放，以及时空可控的微反应器。

Optothermally Programmable Liquids with Spatiotemporal Precision and Functional Complexity, Adv Mater, 2022