近年来，合成生物学与材料科学领域的交叉发展衍生出工程活材料这一新兴材料。工程活材料，由活细胞和其自身编程的生物聚合物（自组装的活体功能材料）或细胞外人工材料支架（杂化的活体功能材料）共同组成。与骨骼、木材和皮肤等天然材料类似，工程活材料中的活细胞赋予材料各种生命动态特征，例如能够按需所取的自我生长、自我组织和自我修复。此外，工程活材料也能够在感知外部环境信号时执行人类预先编程的生物功能，具备显著的刺激响应性，这是很多传统合成材料所不具备的能力。目前，开发出的工程活材料已经在绿色能源、环境修复、疾病治疗和智能材料制备等领域表现出广阔的发展前景。

  工程活材料的概念图（感谢陈磊老师绘图）。类似于种子成长为大树并开花结果，工程活材料可通过基因编程的细胞自我生长所得。工程的活材料（各式各样的日用产品）可直接用于日常生活，从而提高社会的可持续性。

  在这篇综述文章中，作者们从学习自然生命开始，介绍了微生物、植物、动物等生命体的一些代表性生命动态特征（如自生长、自修复、自组织、环境响应等），这些特征启发人类对智能响应新材料的设计。继而文章从合成生物学和材料科学两个角度系统地总结了活材料的工程设计策略以及最新研究进展。首先，对于工程自组装的活体功能材料，文章从合成生物学的角度，研究者可重新设计细胞胞外基质、表面展示蛋白、胞内凝聚体等组分，使其表现出人工定制的功能；或者在活细胞中引入刺激响应的基因线路，调控生命体按需所取地合成靶标材料。其次，对于工程杂化的活体功能材料，文章从材料科学的角度，研究者一方面可以使用水凝胶、胶囊、以及矿物质等作为细胞外的材料支架，包裹可分泌活性生物分子的活体细胞，使细胞免受外部不利环境的破坏；另一方面，可以将导体、半导体、电子器件等与活细胞相互结合发展杂合活材料，这种杂合材料既具备人工合成材料性能稳定的特点，又表现出生命体自生长、环境响应等生命动态特征；当前，工程的杂化活材料已经在半人工光合、活体医疗以及生物传感等领域获得极大关注。最后，文章讨论了工程活材料对促进可持续性的积极影响，并提出未来的关键研究方向，比如未来可关注1）借助高通量自动化设施筛选底盘细胞与高效代谢途径；2）利用定向进化优化生物质材料性能；3）通过人工智能辅助材料设计；4）工程自养生物或者使用廉价易获得的营养源培育活材料；5）提高细胞耐受性，延长活材料工作寿命；6）推进生命个体或种群之间以及生命与非生命功能组分的分工协作，提高生产与应用效率；7）重视生物安全容器设计，加强活材料的生物安全管理，以及8）完善活材料应用的相关法规，为合成生物学和工程活材料建立明确的行业标准等。

  工程活材料集成了生命的各种动态特征，如生物合成、自我生长、自我组织、自我修复、感知与响应环境等。工程活材料现已扩展到各种可持续应用，包括绿色能源的生物生产、污染物的生物修复、生物砖的制作以及作为医疗材料用于检测和治疗慢性疾病等。

  文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00512