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  近年來，合成生物學與材料科學領域的交叉發展衍生出工程活材料這一新興材料。工程活材料，由活細胞和其自身編程的生物聚合物（自組裝的活體功能材料）或細胞外人工材料支架（雜化的活體功能材料）共同組成。與骨骼、木材和皮膚等天然材料類似，工程活材料中的活細胞賦予材料各種生命動態特征，例如能夠按需所取的自我生長、自我組織和自我修復。此外，工程活材料也能夠在感知外部環境信號時執行人類預先編程的生物功能，具備顯著的刺激響應性，這是很多傳統合成材料所不具備的能力。目前，開發出的工程活材料已經在綠色能源、環境修復、疾病治療和智能材料制備等領域表現出廣闊的發展前景。

  工程活材料的概念圖（感謝陳磊老師繪圖）。類似于種子成長為大樹并開花結果，工程活材料可通過基因編程的細胞自我生長所得。工程的活材料（各式各樣的日用產品）可直接用于日常生活，從而提高社會的可持續性。

  在這篇綜述文章中，作者們從學習自然生命開始，介紹了微生物、植物、動物等生命體的一些代表性生命動態特征（如自生長、自修復、自組織、環境響應等），這些特征啟發人類對智能響應新材料的設計。繼而文章從合成生物學和材料科學兩個角度系統地總結了活材料的工程設計策略以及最新研究進展。首先，對于工程自組裝的活體功能材料，文章從合成生物學的角度，研究者可重新設計細胞胞外基質、表面展示蛋白、胞內凝聚體等組分，使其表現出人工定制的功能；或者在活細胞中引入刺激響應的基因線路，調控生命體按需所取地合成靶標材料。其次，對于工程雜化的活體功能材料，文章從材料科學的角度，研究者一方面可以使用水凝膠、膠囊、以及礦物質等作為細胞外的材料支架，包裹可分泌活性生物分子的活體細胞，使細胞免受外部不利環境的破壞；另一方面，可以將導體、半導體、電子器件等與活細胞相互結合發展雜合活材料，這種雜合材料既具備人工合成材料性能穩定的特點，又表現出生命體自生長、環境響應等生命動態特征；當前，工程的雜化活材料已經在半人工光合、活體醫療以及生物傳感等領域獲得極大關注。最后，文章討論了工程活材料對促進可持續性的積極影響，并提出未來的關鍵研究方向，比如未來可關注1）借助高通量自動化設施篩選底盤細胞與高效代謝途徑；2）利用定向進化優化生物質材料性能；3）通過人工智能輔助材料設計；4）工程自養生物或者使用廉價易獲得的營養源培育活材料；5）提高細胞耐受性，延長活材料工作壽命；6）推進生命個體或種群之間以及生命與非生命功能組分的分工協作，提高生產與應用效率；7）重視生物安全容器設計，加強活材料的生物安全管理，以及8）完善活材料應用的相關法規，為合成生物學和工程活材料建立明確的行業標準等。

  工程活材料集成了生命的各種動態特征，如生物合成、自我生長、自我組織、自我修復、感知與響應環境等。工程活材料現已擴展到各種可持續應用，包括綠色能源的生物生產、污染物的生物修復、生物磚的制作以及作為醫療材料用于檢測和治療慢性疾病等。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00512