生命体系代表着自组装的顶峰,它最大的特点之一是其复杂性,这种复杂性既包含了组装体在连续尺度范围内具有多级结构,也包含了组装结构对外界环境的高度适应性,最典型的例子就是动/植物的干细胞,它可以根据外界环境的变化而发展成不同的组织和器官。受生命体系的启发,开发具有高度环境适应性的体系,实现相同的起始原料随环境的变化而发展成不同的组装结构,对人们理解生命过程以及构造人工智能系统都具有十分重要的意义。值的注意的是,这里所指的具有高度适应性的体系与普遍存在的不同的组装条件导致生成不同的产物的体系中存在着本质的差异,在前者中组装体的组分和结构随组装时间不断地发生变化,而在后者中,组装体的组分和结构不随时间发生变化。以往对自组装体的动态适应性能的研究主要集中在已经生成的组装体对化学物质/能量的响应方面,并将其用于功能/智能材料的制备。近年来,人们通过与组装体系发生物质/能量的交换,开发了具有动态组装过程的体系。在这方面,通过与化学反应,如酯化、水解等相结合,实现了的耗散/非平衡态自组装,这成功地模拟了生命系统中通过能量消耗来实现功能的过程。另外,一些特殊反应,例如水解、聚合等,已经被用来驱动自组装的发生,并实现了一些复杂结构或一些特殊功能。这些开创性的研究推动了自组装的过程由静态自组装向动态自组装发展。然而,到目前为止,能够与自组装体系耦合的反应仍然有限,因为它们的反应条件、速率等必须与自组装的条件、速率相匹配,并且,已报道的反应通常只用于诱导组装的开始与结束,利用化学反应与组装过程耦合,动态地调节组装结构等更复杂的过程还没有实现。要构建反应耦合的高度动态的自组装体系,至少需要满足以下两个条件:首先,体系的结构应具有足够的复杂性来显示多个稳态/亚稳态,以便在环境变化时可以对其结构进行调整;其次,它应该包含识别环境变化,对其作出反应,并最终导致组装体结构变化的组分。经过本课题组多年对金(I)-硫醇组装体行为的研究,发现它很有可能发展成为一个高度动态的体系用来构建前所未有的复杂结构,并展示其高度的环境适应性。金(I)-硫醇组装体的独特性包括:i)具有优异的结构可调节性,随着环境变化具有多种稳态/亚稳态,并且可以实现双配体的共组装;ii)金(I)-硫醇组装过程中伴随着硫醇到二硫醚的氧化反应,使得反应耦合的自组装成为可能。在本文的工作中,采用双配体共组装的方法,通过pH控制硫醇-二硫醚交换反应和配体交换反应的速率与组装速率接近,由于两个配体本身在氧化反应、硫醇-二硫醚交换反应和配体交换反应上的差异,成功地实现了组装体结构随组装时间连续变化的高度动态的组装过程。最重要的是,由于组装体组分的实时变化,体系发生了自发的部分解组装-重组装过程,实现了空间上不均匀的组装结构。本论文的研究第一次展示了在不受任何外界条件干扰下,通过组装体系自带的化学反应与组装过程进行耦合,实现组装体组分和结构随时间的连续变化的实例。这种反应耦合的共组装体系的成功开发,为构筑复杂的仿生结构材料提供了新的策略,推动了动态自适应超分子自组装的发展。