离散靶标自组装的设计策略

生物与人工自组装过程均可通过一系列不同方案进行，从相同构建块的依次添加，到中间体的层级序列，直至完全可寻址极限（其中每个组分都是独特的）。本文中，我们引入一种具有图案化表面的立方体粒子的理想化模型，该模型允许对自组装策略进行比较和测试。我们考虑一个简单的八聚体靶标，从成功自组装的最低要求出发，比较更复杂的层级与可寻址方案的优点与局限。模拟采用混合动力学蒙特卡洛协议进行，该协议允许自组装簇内部重排，同时仍提供不同尺寸聚集体类似斯托克斯-爱因斯坦的扩散。我们的模拟明确捕捉了自组装过程通常面临的热力学、动力学与空间位阻挑战，包括多个部分完成结构之间的竞争。自组装路径通过一种完全可扩展的识别结构片段方案从模拟轨迹中提取，这些片段随后被组装为成功完成靶标结构的历史图。对于简单靶标，单组分组装方案总体上最高效且稳健，但如果高产出是优先目标，层级与可寻址策略在某些条件下可能具有优势。