生命与物质之间存在着病毒等中间体，人们不禁要问，是什么动力促使生命得以实现？物质与生命的界限在哪里？双缝实验与时间延迟实验里，介绍了量子感知与智慧选择性。很多相对实验证明，量子不仅仅有智慧选择，还有记忆性和协调性。
对于生命来说碳是必不可少的生命元素。碳在地球上储量丰富，碳不仅有丰富的有机化学合成物，而且因为碳元素之间组成结构不同，构成不同的无机物质。在无机碳物质里，碳因为结构不同可以成为脆弱顺滑的石墨，也可以变成世界最硬的钻石，也可以变成具有催化功能的富勒烯。
而在有机碳丰富的世界里，就拿氨基酸来说，因为不同的结构，相同分子的不同折叠，就会变形出不同的蛋白质结构（生命分子结构图见第九章九层宇宙部分），如构成人的皮肤、骨骼、血管、神经等。有机化合物主要由碳、氢和氧元素组成。构成人体需要的脂肪、氨基酸、蛋白质、糖、血红素、叶绿素、酶、激素等。生命体内的新陈代谢和生物的遗传现象，都涉及到有机化合物的变化。目前人类已知的有机物达8000多万种，数量远远超过无机物。对人类生活、生产有极重要的意义。
有机化合物的碳原子的结合能力非常强，互相可以结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是1～2个，也可以是几千个、几万个，许多有机高分子化合物甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象非常普遍，这也是造成有机化合物众多的原因之一。碳原子可用共价键彼此连接生成多种结构，组成数量巨大的不同种类的有机分子骨架。
无机碳的物质世界：碳以多种同素异形体的形式存在，因为结构不同构成不同的物质，碳是钢铁的主要辅助元素，碳纤维是飞机的主要材料。
碳因为结构不同充满神奇的不同功能：比如石墨、金刚石、富勒烯（也被称为巴基球）、石墨烯、无定形碳、碳纳米管、六方金刚石、碳纤维、碳气凝胶（密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶）碳纳米泡沫（蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性）
碳纳米泡沫：
碳纳米泡沫呈蛛网状，具有分形结构，有铁磁性。泡沫由许多原子团簇构成，每个含有约4000个碳原子，直径约6～9纳米；其中很多原子团连在一起，形成了纤细的网。泡沫由团簇构成，似乎形成了石墨层，碳纳米泡沫的密度很低，与碳气凝胶很相似，但密度是它的百分之一；它是目前世上最轻的物质之一，密度约为2毫克每立方厘米，仅有海平面上空气密度的几分之一。
富勒烯：富勒烯是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。
富勒烯C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子。富勒烯具有完美对称的足球结构，C60分子的电子能级简并度最高可达五重。C60具有很高的电负性，它能够接受电子而形成带负电子的阴离子。C60还容易发生电化学加氢反应。C60电极能够通过氢而发生电化学充电反应。勒烯可以作为一类新的催化剂材料的基础。在富勒烯分子的中心空隙加入一些已知具有催化性能的金属原子，如铂、钯等，制成一类新的催化剂，在这种催化剂中，催化性原子被碳笼保护起来。这也是第一个发现的由一种材料的数个原子组成的团簇催化化学反应，因为催化剂通常只在很大质量下才起作用。
同时我们发现，类似碳C60组成的富勒烯，就像多层聚合宇宙里讲的，因为不同层级的聚合结构，就会产生不同寻常的物理学效果。
2013年4月，乔治亚理工学院的王中林带领的一个团队，找到一种方式将这种压力发电的原理用于创造一种细微调整的电子触觉。压电效应指的是对晶体和其他固体材料施加机械压力时产生的某种电荷。王中林说道：“这种技术突破能够使机器人更像它们的创造者。当我们人类接触的火的时候，我们知道它是热的。而这项技术能够使机器人拥有人类的感觉，换句话说，就是使机器人更像人类。”
除了使机器人具备人类的敏感度和计算机的精密度之外，这项技术还能够被用于高精密度的修复学和“智能”生物医学治疗。这是一种智能材料，能够使物质产生感知，当然这种感知与人类的感知还是有区别的。那么在真实的生命与物质之间，界限到底是什么，那么我们可以从量子角度更多看待生命问题。
正如富勒烯的特性一样，不同的量子结构，就会产生不同的现象，量子具有很多神奇的效果。量子似乎是生命与物质的分界线，量子是一种从物质到生命的中间状态，宇宙演化中，从量子开始，一方面向物质演化，一方面向生命演化。
蛋白质病毒是一种奇怪的病毒，因为传统上认为，基因DNA或者RNA才是遗传物质，而蛋白质病毒能够复制，繁殖。我们会提出疑问，蛋白质在细胞与生物体中的作用是传统的定义吗。而近几年全球科学家们开始重新关注并热衷研究表观遗传学、表观遗传学的重点核心就是生物可以不通过DNA而在下一代进行遗传的现象。这会让我们提出质疑，就是在生命及遗传中谁是核心。
科学家在动物非生殖克隆中，掏空母体卵细胞中的DNA，然后注入克隆对象的体细胞DNA进行生长。这种克隆不能把DNA移植到普通去除DNA的细胞中。克隆说明生物成长环境需要的一个不仅仅是去除基因DNA的细胞，而需要一个特别的全息的母卵细胞蛋白质环境（细胞中除了DNA其他大部分是各种蛋白质物质）。同时科学家在克隆鱼的时候，借助另一种鱼的卵细胞进行克隆，克隆成活的鱼经常会同时体现出两种鱼类的外貌特征，这说明蛋白质在遗传中的作用可能被科学家们忽略了。遗传物质染色体除了关键的DNA外，染色体其实是核小体组成的，核小体就是有DNA按照非常精确的尺寸包裹着组蛋白质组成。
图042 乔治亚理工学院的研究人员研发的新技术能够直接将机械运动轻变成电子控制信号。（图片及参考资料来源：《电子触觉技术获得突破可使机器人更像人类》腾讯科学，2013年4月27日，图片来源乔治亚理工学院的王中林带领的研究团队）
染色体结构说明，蛋白质是DNA中的内层结构，应该在遗传记忆中占据更重要的位置。人类及动物大脑的记忆，很多时候与蛋白质有关系。那么我们会问，蛋白质，DNA是有机分子组成的，有机分子有量子组成，量子有没有记忆呢？答案是肯定的！
从物质角度讲，量子物质世界向生命世界演化，应该需要如下三个要素：
第一，物质系统感知能力与多量子协调能力。
第二，量子记忆能力。
第三，分子的自我组织性。
首先，系统感知力与多量子协调能力是生命需要的必要基础，因为只有物质在有整体感知，内部协调信息互通的情况下才能形成构成生命基础的第一步，感知与应激是生命的重要特征。而在物质向生命演化过程中，物质的整体感知力与内部多分子的协调能力至关重要。
其次，建立在客观量子纠缠基础上的物质的记忆特征，是物质得以复制，自我组装的驱动力。量子形成的物质，在适度环境下具备了生命的基础条件，当环境改变，就会形成一种进化特征。
最后，物质的自我组织性，是物质向生命演化繁殖的基本条件。而我们要探索物质的这几种特性就是为了证明物质与生命来源的一体化。
我们已经知道，氨基酸与有机分子从46亿年前的太阳系形成之前，就已经存在于太空中，在漫长的演化中，原始星云有机分子，一直保留在地球大气层中，或者彗星与小行星陨石当中，在地球形成开始，就有很多彗星与陨石不断飞向地球。
在地球形成漫长历史中，由于雷电，狂风，地球火山不断喷发，水从岩石中不断渗出。由于地球运动非常激烈，火山与包含着水的泥浆混合喷涌，地球表面或者深处，大量有机分子与泥土混杂一起，有机分子具有聚合球形效应，很容易形成生命层级的自我感知系统。而且由于这些有机分子的纠缠与协调能力，使聚会一起的很多分子，在一个广泛的范围内形成一种协作能力，使光或者热能的吸收，能量分配，能够协调完成。一旦形成这种协调能力，量子物质就会记录下来，生命的形成不是有机分子单独完成的，而是多种有机分子团聚成自感系统并在量子记忆基础上多分子协调而成的，而分子组装本身就是量子的本性。
图043 染色体结构DNA以一长串复杂的线圈形式累积成染色体，DNA各线圈缠绕在若干组蛋白束上形成一“串珠”结构。这些线圈构成一个染色质链，然后染色质折叠成许多环，再卷曲形成一个染色体。
有机分子与无机化学的分子领域，有各种反应，各种的复杂性，而对于这些互相交错的反应，因为不同的环境，比如光的条件、电磁条件、温度条件、催化剂条件、时间效应等环境不同而不同。物质的量子与分子层面的团聚合属于物质的天性，也有其规律延续性，不同分子层面的组合，不同的分子叠加，就会屏蔽外部的干扰，使内部能够因为量子纠缠而协调起来。虽然以下证明只单独证明了粒子物质的感知力、协调力、记忆能力、与自组性。但是对于分子层面中，物质多层面的叠加聚和，和对于物质来讲其具有这几个方面的共性，就是感知协调力、记忆能力和自我组织性。这是物质本身具有的三个状态，在多分子叠加后就能够顺理成章地一体化了。
2013年10月，美国加州大学伯克利分校的泰伦斯·狄肯（Terrence Deacon）在近期的一次演讲中认为：生命最初开始的非常简单，它不可能产生于复杂的多个分子结合。在此之前一定有一步先创造了这些分子本身。
生命形成之前必须克服的一个棘手问题便是产生秩序。秩序可以在局部创造，即使整个系统倾向于混乱，但通过系统加热可以重新组织秩序，例如当均匀加热稀薄油层形成贝纳德对流晶格时，就会创造一种规则的六边形样式。
泰伦斯·狄肯（Terrence Deacon）认为：如果你加热某事物后它变得规则化，那么它要做的就是尽快摆脱这种热。如果你不持续向系统里输送热量，它就会自我关闭。事实上，自我组织的系统尽快毁坏保持组织秩序的一切条件。生命只可能在秩序产生后才能形成，但它必须保证秩序不会降级且系统不会最终自我毁灭。
英国诺丁汉大学物理与天文学院教授迈克尔·史密斯博士联合爱丁堡大学与都灵理工学院的研究人员，共同发现了一种性质奇异的“合成液体”，其在重击之下，会像固体一样粉身碎骨，而慢慢倾斜之后，又可如液体一般流淌。该研究成果刊登在英国《自然·通信》杂志上。史密斯博士介绍说，在低速条件下，该物质表现出液体的流动性，而在高速度和高浓度的状态下，就会如固体一样粉碎。这就好比在一杯水中倒入一大勺玉米淀粉，如果搅拌得足够快，溶液中的高密度颗粒便会彼此相融而形成紧固的糊状物。更令人惊异的是，在即将变成固状之前，该液体还会呈现出具有橡皮筋般弹性的细丝形态。
另外，英国《纳米通讯》杂志刊登了一则“石墨烯具有自我修复的能力”的报告。石墨烯是只有一层碳原子的世界上最薄的材料，科学家们为探索石墨烯在电学方面的特性，让石墨烯薄层与金属不断接触，这个过程在石墨烯薄层上造成了许多孔洞。研究人员用电子显微镜观察这些孔洞发现，孔洞中可能会嵌入金属原子，但如果孔洞周围还存在额外的碳原子，这些碳原子会将金属原子“赶”出来，自己则嵌入孔洞之中，并与石墨烯薄层中原有的碳原子相连接，使整个石墨烯薄层修复如初。研究人员认为，这一现象说明石墨烯具有良好的自我修复能将可以提高石墨烯的应用价值，进一步拓宽这种“神奇材料”展示身手的舞台。
关于量子的协调能力，也可以从离子体态和玻色—爱因斯坦凝聚态上体现出来。
离子体态是指被激发的电离气体电离到一定程度后，便处于导电状态。这种状态的电离气体表现出集体行为，即电离气体中每一带电粒子的运动都会影响其周围带电粒子，同时也受其他带电粒子的约束。因为电离气体内正负电荷数相等，所以电离气体整体表现出电中性，这种气体状态被称为等离子体态。由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故称为物质第四态。
图044 加热引起的对流会在稀薄油膜上产生六边形的样式，展示了系统里是存在秩序和规则的（图片及参考资料来源：《地球生命如何起源：自发细胞的自发过程》凤凰科技，2013年10月14日，图片来源美国加州大学伯克利分校的泰伦斯·狄肯）
玻色—爱因斯坦凝聚态是物质的一种奇特的状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态，要达到该状态，一方面需要物质达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于气态。这需要让电子处于一种相互关联的状态中，一个电子上的变化立刻会由其他电子反映出来。
在室温下，电子就像台球会相互撞击，遵守经典力学法则。而随着温度不断降低，电子会平静下来并意识到临近电子的出现。接着，电子们可能就会集体行动，而这种集体行为则遵守量子力学法则。电子们进行着一种复杂的“舞蹈”，它们都试图呈现最好的排列方式，让其达到最低能级状态并最终形成新的模式或基态。
同时在量子热力学上还有一个“普适状态”。在正常的量子系统中，决定粒子运动的是它们的类型（如原子、质子等），而在由强相互作用粒子（如费米子）形成的系统中，粒子的运动并不取决于它们的类型，这种运动状态就是“普适状态”。一个由澳大利亚科学家和中国科学家组成的研究小组利用费米气体的研究成果，证实了量子热力学的“普适状态”。
另外据美国物理学家组织网2013年8月报道，美国科学家揭示了物质的量子状态自旋液体的存在机理，这有望加深科学家对超导性的理解。
自旋液体不是人们能触摸到的物质，它像一个有序排列的原子阵列内的磁无序状态。自旋是所有磁现象的关键，例如在铁磁铁中，原子自旋采用同样的方式排列。而在反铁磁铁中，原子的自旋方向会上下改变，20世纪80年代发现的高温超导材料就是如此。
科学家们表示，可能存在着更复杂、更令人感兴趣的磁排列，它可能会产生量子自旋液体。比如有一个等边三角形的反磁铁，每个角上都有一个原子自旋，其中一个自旋向上，一个自旋向下，那么第三个原子采用什么方向自旋呢？它不可能同时与前两个方向相反，因此物理学家用“挫败”来描述所有需求无法得到满足的情况。这种“挫败”现象随处可见，一个“挫败”自旋系统的妥协是同时存在很多自旋方向，量子系统允许出现这种叠加状态。
在新实验中，科学家们研究了当“挫败”现象出现于一种具有六边形晶胞网格的物质中时所发生的情况。物质内的原子通过各自的自旋相互作用，距离最近的原子之间交互作用的强度用J1表示；次近的原子之间的作用力用J2表示。科学家们让六边形晶格中的原子相互作用，观察并计算了可能会出现的状态。
科学家们发现，就像温度变化会使水以不同形态存在一样，自旋之间交互作用的强度也会发生变化，形成“万花筒”似的多样状态。其中一种状态被证明为无序的量子自旋液体，当J2为J1值的21%到36%之间时，“挫败”诱导自旋进入无序状态，整个样本同时存在着数百万种量子状态。
参与研究的科学家加里塔斯基表示，很难想象一个微小的二维物质能同时以如此多状态存在，人们应把自旋看成像粒子一样自由运转的实体，即自旋振子，会结合在一起，就像水分子结合成液态水一样，因此得名量子自旋液体。而且，其与金属内部发生的情况类似，在金属内部，大多数原子的外层电子会离开其“宿主”原子，在金属内漂移，好像它们组成了液体（费密液体）。这些现象也许能支持某些奇异的超导性或将一些像粒子一样拥有电荷的实体组织起来。
最近，科学家又在量子自旋液体中发现隐藏秩序。这种没有传统磁力的隐藏的磁性“量子秩序”是科学家在研究一条100个原子场的陶瓷原子链时发现的，科学家们对一种陶瓷材料进行研究，这种材料是一个个以镍为中心的氧八面体首尾相连的链式结构。这种链并不是普通的磁子，而是奇异的量子自旋液体，其中的电子自旋即使在很低的温度下其方向也是随机的。通过使用中子来对这些磁性激子成像并测量其传播的距离，科学家们发现尽管经典上无序，但磁性激子都能够在低温下穿过整个原子链。他们还发现可以通过引入缺陷或者加热来限制这种量子相干或者使之完全消失。
而来自瑞典科学家通过实验证实，磁纳米接触可使自旋波“繁殖”。观察结果与十年前科学家提出的“磁性纳米接触会让纳米尺度的自旋波繁殖”这一理论相吻合。在研究中，科学家们制造出直径约为40纳米的纳米接触，自旋波被造于3纳米厚的一薄层镍铁合金内，模拟显示，磁性纳米接触会让自旋波像水波一样扩展。
近藤效应是电子与其周围电子发生非常复杂的纠缠引起的，目前的研究方法只能测量到近藤状态，无法获知电子是如何与其周围环境发生纠缠的。据美国科学促进会网站报道，2013年6月发表在《自然》文章揭示了近藤效应状态下单个电子是如何与其周围环境产生纠缠态的。由来自美国、德国和瑞士科学家组成的研究团队利用激光散射技术探测到近藤状态下的电子活动。根据激光散射过的电子不同状态，他们推测出电子能通过吸收不同颜色的激光来改变温度，反射回来的激光能够携带量子纠缠态的特征，从而可以观察到电子与其周围环境之间的关系。科研人员利用纳米结构的设备将电子捕捉在小凹槽里，从而将单个电子分离出来。但是凹槽中的电子只能保持有限的隔离，最终还是会跟周围的大量电子纠缠在一起。
弗吉尼亚联邦大学的物理学教授施夫·汉纳领导的团队发现了新型“超原子”，种性能稳定的新型“超原子”，是由1个铁原子和8个镁原子集结而成的原子簇，具有令人不可思议的磁性，兼具电性和磁性。科学家发现了一原子簇拥有8个镁原子时，其充满电子的壳层与未填满的壳层几乎完全分离，从而获得非凡的稳定性。当一个原子的最外层被填满并且与未填满的壳层分开时，该原子处于一种稳定的状态，惰性气体的原子就是如此。新的超原子还会优先使朝特定方向自旋的电子遍及整个原子簇这种兼具磁性和导电性的超原子将在分子电子设备领域大展拳脚。
一般两朵云相遇，会互相弥散彼此透过，但美国麻省理工学院物理学家却造出了一种奇怪的超冷气互斥云，即使将其密度降低到只有空气的百万分之一，它们在相遇时也能像两个保龄球一样彼此弹开，这是科学家首次观察到气体之间无法互相透过的现象。此次研究人员在实验室里造出的云是一种冷却到接近绝对零度的锂原子气体，用来代替电子。锂同位素也是一种费米子，用来模拟强相互作用系统模型。研究人员用磁场调整锂原子的能量态，让原子之间产生自然状态的强度相互作用，即每次它们相互遭遇，就会散射开。气体被冷却到五百亿分之一开氏度以消除热能影响，再用磁力将气体分开成两部分，分别标记为“上旋”和“下旋”，然后让两部分气体在激光势阱中相撞。研究人员发现，它们不但不像通常那样互相弥散透过，而是戏剧性地互相推开。气云最终还是会弥散融合，但要花很长时间，有几次甚至用了一秒甚至更长，这对微观事件来说是极其漫长的。
由德国马克斯普朗克量子光学研究所的科学家格哈德·瑞普领导的科研小组成功首次将单个光子的量子状态写入一个铷原子中，经过180微秒后将其读出。这说明单原子也能存储量子信息。
物理学家将量子信息存储到非常冰冷的原子缠结中，并大幅度提高了从中检索的时间。
量子互联网的目的是分配“缠结”的量子位——两个距离很远、有相互关系的数据位，代表“0”或者“1”。所谓“缠结”是指具有交互作用的粒子之间的神奇连接，即使粒子位于宇宙空间的两边，这种连接都能以极快的速度连接，量子位像光子一样在光纤网络中旅行。为了达成量子记忆，研究人员使用一个铷87原子系综，并将其冷冻到绝对零度以使原子的活动最小。为了存储信息，该原子系综被暴露于携带信号的激光之下，允许每一个原子作为“集体激发”的一部分参与存储。简单来说，每一个原子“看见”了前来的信号，一个快速摆动的电磁场，就会刻下相位信息，该相位信息之后就能被“读”到。尽管非常冰冷，系综原子可在任意方向自由移动。因为每一个原子存储量子信息的一部分，且数据的有用性依赖每个原子参照其他原子的位置，原子大量的运动可能会破坏信息。
加拿大和德国科学家合作成功地在一种特殊晶体中存入光量子纠缠态的编码信息。物理系教授沃夫冈·泰特尔使用了一种掺入稀土离子的晶体，并将其冷冻到-270℃。在此温度下，晶体材料性质发生变化，使得研究人员可以存储和提取这些量子，而不产生明显的退化。泰特尔表示，研究结果显示，量子所拥有的“纠缠”这种物理性质，并不像我们以前所通常认为的那样“脆弱”。
由英国牛津大学和曼彻斯特大学组成的联合研究小组通过化学工程，制造出一种名为Cr7Ni的特殊分子结构，并演示了其磁性能保持量子叠加态超过15微秒，在因退相干而失去信息之前，它们的自旋状态可反复转换。
分子磁铁是一种分子，其磁矩通常按分子结构的特殊轴线排布，因此在磁场的影响下，其电子自旋方式也会变成不止一种状态。在低温下，即使没有磁场，它们也能保持这种状态，这一特性使采用它们来存储信息成为可能。利用化学工程合成人造分子，可以作为量子比特，并使其记忆时间段大大延长。研究人员介绍说，实现单量子比特操作的必要时间为10纳秒，根据以往对Cr7Ni分子磁铁的研究，其相干时间大大超过了这一限制。此前的记忆时段最高纪录为3.8微秒，另外一些分子磁铁系统的记忆时长也能保持在1微秒左右。“记忆时段和相干时间是非常相似的概念”。论文合著者、牛津大学的阿章·阿达万说，“记忆时段越长，表明在量子信息损失之前，能操控量子比特的次数越多。如果能精确控制分子结构，找出各种退相干的机制，就能尽可能减少这些退相干因素”。
另外，一种量子记忆体也被加拿大和德国科学家合作在超低温环境下成功制造了出来。研究人员使用一种掺杂稀土离子并冷冻至-270℃的铌酸锂晶体，成功实现了存储和再现纠缠态光量子，也就是说，他们已经制造出了一种量子记忆体。这种超低温晶体所具有的存储和再现光量子的材料特性，与计算机中字节的保存和调用非常相似。在这种状态里，光量子之间形成“纠缠”关系，即便是它们游离开来相距甚远，也会保持这种“纠缠”关系。在某种程度上讲，这种“纠缠”关系意味着量子之间尽管相距甚远还将存在着通信联系。
美国和德国科学家在最新研究中，将包裹于钻石内单个电子里的量子信息移入邻近的单个氮原子核内，接着使用芯片上的布线让其返回。这是科学家首次证明，钻石内的亚原子也拥有量子记忆，全量子信息能在室温下，在单个电子自旋和单个核自旋之间来回高保真地转换。由于亚原子核状态与外部世界之间更难发生具有破坏性的相互作用，钻石内的亚原子也拥有量子记忆。
该研究团队之前已经证明，能够使用氮原子束故意在钻石上制造瑕疵来捕获单个电子，从而合成出数千个这样单个的电子状态，在室温下钻石中的瑕疵也能精确地做到这一点，于是科学家开始考虑利用有瑕疵的钻石来存储数据。由于量子物理学独特的属性，在某种特定的情况下，两个量子物体能混合成为一个新的复合体。通过将瑕疵内电子的量子自旋状态和氮原子核的自旋状态在很短的时间内（不到1千万分之一秒）混在一起，最初被编进电子中的信息会被传递给原子核。量子信息能够被很快地转运给寿命长的核自旋，这能进一步增强我们纠正量子计算中出现的错误的能力。
英科学家们表示，已经研发出了一种新方法，利用“智能材料”来使蛋白质结晶，这种智能材料能记住分子的形状和“性格”。研发新药的过程一般如下：科学家们会先找出一个与疾病有关的蛋白质；接着设计出一个能同该蛋白质相互作用的分子，来刺激或者阻止该蛋白质的功能。研究者利用一种名叫“分子印迹聚合物（MIPs）”的材料，研发出了一种更有效的制造蛋白质晶体的方法。MIPs是一种由小单元组成的化合物，这些小单元紧紧包围着一个分子，当其中的分子被提取出来后，会留下一个洞穴，这个洞穴能够保持其形状，并对靶向分子具有很强的亲和性。这种属性使MIPs成为一个理想的成核剂，其能将蛋白质分子绑在一起，并使蛋白质分子更容易集结从而结晶。现实中需要很强的力量才能让蛋白质脱离溶液并形成晶体，MIPs可以成为这个过程的“幕后推手”，它会使用这个蛋白质作为其形成晶体的模板，一旦第一个或第一组分子被放在正确的地方，其他分子能自我排列在它周围并且开始结晶。研究发现，有6个不同的MIPs诱导9个蛋白质形成了晶体，而这些蛋白质在此前的实验中结晶情况并不理想。
1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金被誉为“神奇的功能材料”。
1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40℃以上的热水中，该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现，某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。每种以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都有一个转变温度；在这一温度以上将该合金加工成一定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，人为地改变其形状后再加热到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先在转变温度以上加工成的形状。
上海交通大学研究人员报道了宏观自组装现象，这项研究为生命起源提供了新的启示。2004年1月，在美国出版的《科学》杂志，发表了上海交通大学化学化工学院颜德岳教授及其博士生周永丰、侯健的论文《形成宏观管子的超分子自组装行为研究》。该论文在国际上率先报道了宏观自组装现象，由一类新型的不规则的大分子自组装得到了厘米长度、毫米直径的多壁螺旋管，将超分子自组装研究领域拓展到了宏观尺度，使我国在这一研究领域处于国际领先的地位。
据介绍，超分子自组装是近年来国际科技界关注的一个前沿热点。人们知道蛋白质、细胞乃至生命的形成都是通过自组装来实现的，因此自组装的研究对揭开生命现象奥秘具有十分重要的意义。另外，自组装是目前用来制造纳米材料的最方便最普遍的途径之一。特别对于制造结构规则的功能材料，自组装已经显示出独一无二的优越性。可以说，自组装研究不仅具有重要的学术意义，而且具有广泛的技术应用前景，因此吸引了众多科学家的目光。
图045 量子比特艺术图（图片来源：微图网）
由颜德岳教授课题组进行的这项研究始于1998年冬，经过5年多的努力终于成功地自组装得到了形貌更为完美的宏观多壁螺旋管，并经多次重复测试都重现了自组装现象。这项研究结果所展示的从分子直接自组装得到宏观物体的过程和生命物体的形成过程有关，为生命起源研究提供了新的启示。
中国科学院化学研究所光化学院重点实验室江华课题组与法国的科研人员合作在超分子自组装研究中取得了新进展，成功地合成了一系列具有螺旋结构的喹啉酰胺寡聚物。
研究人员通过片段加倍合成法，成功地合成了分别含有2、4、8个喹啉酰胺结构单元的寡聚物。这些寡聚物通过分子内F—NH和N—NH氢键自组装成为单、双螺旋和四螺旋超分子体系。研究表明无论是在晶体中还是在溶液中，这些多肽寡聚物都呈现相同的螺旋结构。研究人员还发现单螺旋必须通过增加螺旋间的距离才能够组装成为双螺旋超分子体系，并在此基础上提出了多螺旋结构形成的弹簧伸展原理。这和短杆菌肽（Gramicidin）有着十分相似的自组装机理，这些研究结果为探索合成新型人工合成折叠分子及其超分子结构提供了新途径。在自然界中，许多天然生物大分子都采用螺旋或多螺旋结构。
美新发现自旋纳米粒子会自我组装成“活着的晶体”：2014年2月据中国科技网，每日科学网报道，美国密歇根大学教授莎朗·格洛特兹领导的团队在解决纳米粒子自我组装时发现，只是让纳米粒子自旋就会诱导它们组成科学家们所谓的“活着的旋转晶体”，这种晶体或许可以用作纳米泵，在设备内运输物，也能顺带解释生命的起源。科学家们之所以称这种晶体为“活着的”，是因为从某种程度上来说，它们自己就采用一种非常简单的规则呈现出了生命的形式。
包括格洛特兹在内的科学家一直在探索纳米粒子像生命刚开始，是如何从无序状态，自然演变成有序状态的。而格洛特兹团队解决这一组装挑战的方式是，持续不断地添加拥有能量的组件，用这种方式来处理纳米粒子。结果，研究人员最近发现，如果粒子从基本运动（比如朝一个方向移动）就开始获得能量，那么，它们会相互影响，形成群体，而格洛特兹团队发现，旋转的粒子会自我组装。该研究团队认为，尽管计算机模拟是二维的，旋转的粒子也能变成“活的”三维晶体，因此，或可用于解释生命的起源。
美实验室意外合成二维有机准晶体：据国外媒体报道：美国圣母大学的物理化学家亚历克斯·坎德尔（Alex Kandel）所在的实验室意外发现了一种有机分子形成的二维准晶体，并发表在《自然》上。
这是一种由自我装配的有机分子形成的二维准晶体。这种奇特的准晶体由扁平的单层五边环分子组成。这个分子组奇特的装配方式导致这一层里的其它分子形成了五角形、星形、船形和菱形等形状。如果这是一个规则的古老晶体，那么这些群体和形状会在每一层里以可预测的方式反复出现。但是，在准晶体里，同一层里反复出现相同的形状，但似乎不是以有组织的形式出现。准晶体的结构是部分晶体部分紊乱的，是介于重复对称单元的结构和完全无序的建构单元结构之间。
图046
图047 （图片及参考资料来源：《化学所模拟生物分子螺旋结构取得新进展》中国科学院，2008年3月5日）
图048 （图片及参考资料来源：《化学所模拟生物分子螺旋结构取得新进展》中国科学院，2008年3月5日）
图片由中国科学院化学研究所光化学院重点实验室江华课题组与法国的科研小组提供。
图049 二维有机准晶体（图片及参考资料来源：凤凰科技讯2014年3月10日，美实验室意外合成二维有机准晶体，图片由美国圣母大学的物理化学家亚历克斯·坎德尔（Alex Kandel）提供。）
有关自我装配的意思，不少科学家们也表示异议。科学家维德拉认为这个术语可以应用于所有的准晶体结构，而不仅限于新发现的这个。坎德尔辩论称由强大的化学键组成的结构——正如其它准晶体一样——其实并非是自我装配的。这些强大的化学键“压倒了”单个建造单元互相结合的力量，使得材料别无选择只能形成组织。而在这种新的准晶体里，这些建造单元是由微弱的氢键结合在一起的。“自我装配非常有趣，因为驱动组织形成的力量远比单个结构形成的力要更微弱。”坎德尔说道。
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