自组装的定义 

在当代科学界，“自组装”已经是一个被经常使用的词汇。这是人们从自然现象中总结出来的一种仿生学概念。

“自组装”（self-assembly）有时也被说成“自组织”（self organization），这两个术语，在不同领域中得到应用。“自组装”多用于化学领域，例如分子结构理论中； “自组织”则多用在物理学包括网络等复杂组织的自序化过程等。本书将统一采用“自组装”一词。

那么，什么是“自组装”？

我们先看看网络的百科词典对“自组装”的定义。

“所谓自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。”

很明显，上面“自组装”被解释为一种技术，一种操控微粒的技术。因此这个定义进一步指出：“自组装技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制的优点。可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维比较有序的结构，实现膜的光、电、磁等功能，还可模拟生物膜，因此，近年来受到广泛的重视。”

让我们来分析这个定义。第一，在这个定义中，使用了“自发形成”一词。这意味着没有外部干预就可以实现自组装。这与其后所说的技术处理过程是不同的。技术处理的组装是仿生学而不是自组装本身。

第二，在定义中，说到了“还可以模拟生物膜”。生物膜是生物生命特征维持的重要结构之一，例如细胞膜等。一个确定的事实是，在没有人类之前，植物、动物身体里就有这种生物膜。显然，这种“自组装”绝对不是某种（人类）技术的模拟产物。

所以，“自组装”就不只是一种技术，而是一种自然现象，是物质自己趋向有序的一种过程（图1-10）。因此，本书这样定义“自组装”一词：

自组装是物质自身趋向有序和复杂的过程或现象。

图1-10　纳米粒子自组装中

我们需要解答的问题很简单明了：物质为什么会自组装？

用已经定义的术语说：物质为什么会自发地趋向有序的结构？

科学家已经证实，即使是超复杂的系统，只要条件合适，都会出现有序的状态，这正是进化的本质。但是为什么会这样？“自发”的动因是什么？

在回答这些问题之前，我们先认识微粒趋向有序的过程。

这得从元素周期表说起。