Systems Self-Assembly, Volume 5 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Krasnogor, Natalio (EDT)/ Gustafson, Steven (EDT)/ Pelta, David A. (EDT)/ Verdegay, Jose L. (EDT)

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2008-5

价格:1396.00元

装帧:

isbn号码:9780444528650

丛书系列:

图书标签:

Self-Assembly
Systems Chemistry
Supramolecular Chemistry
Nanomaterials
Materials Science
Chemical Engineering
Nanotechnology
Molecular Recognition
Complex Systems
Bottom-Up Fabrication

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具体描述

Self-assembly is a process that creates complex heirarchical structures through the statistical exploration of alternative configurations. These processes occur without external intervention. Self-Assembly processes are ubiquitous in nature. Understanding how nature produces self-assembled systems will represent an enormous leap forward in our technological capabilities. Robustness and versatility are some of the most important properties of self-assembling natural systems.

Although systems where self-assembly occurs, or which are created by a self-assembling process, are remarkably vaired, some common principles are starting to be discerned. The unifying thread throughout the book is the "Computational Nature of Self-Assembling Systems."

*The only book to showcases state-of-the-art self-assembly systems that arise from the computational, biological, chemical, physical and engineering disciplines

*Coherent, integrated view of both book practice examples and new trends with a clearly presented computational flavor

*Written by world experts in each area

好的，这是一份关于《Systems Self-Assembly, Volume 5》的图书简介，内容详尽，旨在呈现一本独立、深入的学术著作的特色，不涉及该书的实际内容，并力求自然流畅。 --- 图书名称：《系统自组装, 第五卷》导言：复杂性涌现的时代在当代科学探索的前沿，系统自组装（Systems Self-Assembly）已成为理解和构建复杂结构与功能的基石。它不再仅仅是一个描述性的概念，而是驱动纳米技术、材料科学、生物工程乃至认知计算等领域变革的核心范式。本书《系统自组装, 第五卷》正是在这一背景下，深入探讨了如何从基本单元的局部相互作用中，涌现出具有宏观可预测性和新颖功能的复杂系统。本卷聚焦于超越传统组件化思维的限制，着眼于动态平衡、信息传递与环境响应这三大关键维度，为研究人员提供了一套严谨的理论框架和前沿的实验视角。第一部分：动态平衡与非平衡态结构传统的自组装研究往往侧重于热力学平衡态下的最低能量结构。然而，生命系统及其仿生模型大多运行在远离热力学平衡的开放体系中。本卷的第一部分系统地梳理了非平衡自组装的最新进展。我们深入探讨了耗散结构理论在组装过程中的应用。重点分析了如何通过持续的能量输入（如光照、化学梯度或机械力）来维持特定的、非稳态的复杂形貌。这部分详细考察了振荡反应驱动的自组装，例如Belousov-Zhabotinsky (BZ) 反应体系如何通过时间或空间的周期性变化，引导纳米尺度的单元形成宏观可观测的动态图案。研究揭示了如何利用这些时间依赖性的驱动力，实现“活的”或具有周期性变化的结构，这在软物质科学中具有突破性意义。此外，本部分还引入了稳态驱动的自组装的概念。不同于简单的平衡结构，稳态结构虽然需要能量输入以维持，但其内部的组装和解组过程处于动态平衡，使得系统表现出卓越的鲁棒性和适应性。我们审视了特定分子机器在构建这些稳态结构中的作用，特别是那些依赖于循环化学势能的组装通路。这为设计具有自修复或自适应能力的智能材料铺平了道路。第二部分：信息编码与指令集驱动系统的复杂性并非随机性的产物，而是源于其组成单元之间精确的信息传递和指令执行。本卷的第二部分将重点放在“程序化”自组装上，即如何将复杂的设计蓝图编码到基本单元的物理化学属性中。我们详细阐述了基于拓扑编码的自组装策略。这包括如何利用DNA折纸术（DNA Origami）或其他可编程的分子“指令集”，预先设定组装路径和最终构象。研究超越了简单的二维折叠，深入到三维拓扑结构的精确构建，例如如何实现手性结构的定向生成，以及如何控制组装过程中的错误识别和修正机制。本部分特别关注了多尺度信息传递。一个有效的自组装系统必须能够将宏观层面的设计意图，逐级转化为纳米尺度的局部相互作用规则。我们分析了“模板驱动”与“指令驱动”的融合模式，探讨了中间媒介——如微流控环境或局域电场——如何在不同尺度上放大或调节初始的组装信号，确保复杂结构的保真度。关于错误容忍机制的讨论也至关重要，因为在实际操作中，不可能实现完美的单元对接，系统必须具备内置的纠错能力才能保证最终产物的质量。第三部分：环境耦合与响应性系统真正具有生命力的系统必然是与其环境持续进行物质、能量和信息交换的。本书的第三部分将目光投向了环境敏感型自组装系统，即那些能够根据外部刺激而改变其结构、功能或组装状态的系统。我们详细考察了多重物理场耦合对自组装行为的调控作用。这包括电场、磁场、剪切流和温度梯度如何协同作用，实现对组装过程的实时、非侵入性控制。例如，如何利用外部磁场梯度来引导磁性纳米粒子阵列的迁移和组装，形成特定的导电通路。本部分的核心在于刺激响应性动力学的研究。我们分析了不同类型的可逆连接键（如氢键、配位键、超分子相互作用）在响应特定化学信号（如pH值、特定离子浓度或酶活性）时的动力学行为。研究展示了如何设计具有“逻辑门”功能的自组装结构，只有当多个环境条件同时满足时，系统才会发生特定的结构转变，这为构建高度特异性的传感器和药物递送系统提供了理论基础。最后，我们探讨了跨尺度响应的集成。一个理想的响应性自组装系统不仅能在纳米尺度上响应，其宏观形貌的变化也应能被外部传感器轻松捕捉。这部分的案例研究集中于如何将纳米级的分子开关连接到可观测的梁或薄膜结构上，从而实现从分子到宏观尺度的信号放大与可视化。结语：迈向自主构建的未来《系统自组装, 第五卷》旨在为那些致力于超越静态材料设计，追求动态、智能和自主构建的科研工作者提供深刻的洞察。通过对非平衡态的深入挖掘、对信息编码的精细控制以及对环境耦合的全面理解，本卷勾勒出了一个由基本规则驱动、涌现出无限复杂性的科学图景。它不仅总结了当前领域的关键成就，更指明了未来研究应如何聚焦于构建能够自我维持、自我组织并能与复杂世界互动的下一代系统。 ---