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  近日，華南理工大學(xué)蔣凌翔課題組在《自然·化學(xué)》(Nature Chemistry)發(fā)表題為“Universal membranization of synthetic coacervates and biomolecular condensates towards ultrastability and spontaneous emulsification”的研究論文，報(bào)道了一類可通用地穩(wěn)定各種“凝聚相-水相”界面的新型嵌段高分子（Condensate-Amphiphilic block Polymers, CAPs），實(shí)現(xiàn)了對(duì)合成或生物凝聚液滴的超強(qiáng)穩(wěn)定和自發(fā)乳化能力。論文通信作者是蔣凌翔，第一作者是唐達(dá)。

比油水更神奇的“界面”！新型高分子讓“凝聚液滴”穩(wěn)如磐石

  在我們的日常生活中，“水火不容”“油水難融”這類詞句常用來(lái)形容完全對(duì)立、難以共存的兩類事物。然而實(shí)際上，油和水若想在一起“和平共處”，并非沒(méi)有辦法——只要有合適的表面活性劑，油水便能形成相對(duì)穩(wěn)定的乳液，這在食品、化妝品和醫(yī)藥行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。但如果有一天換成兩種“水”或者“準(zhǔn)水”——也就是高分子或蛋白等物質(zhì)形成的“凝聚相”與普通水相之間，又會(huì)怎樣呢？這就好比是“油水界面”的一次大變身：同樣需要某種“界面穩(wěn)定劑”來(lái)給這對(duì)“難融合又難分離”的水性液滴穿上“保護(hù)衣”，可惜的是，傳統(tǒng)的表面活性劑或穩(wěn)定劑往往對(duì)這類“凝聚液滴”無(wú)能為力，難以防止它們長(zhǎng)期穩(wěn)定分散。

  蔣凌翔課題組在Nature Chemistry發(fā)表論文，以此為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成了一類名為“Condensate-Amphiphilic block Polymers, CAPs”的嵌段高分子，能夠在廣泛類型的“凝聚相-水相”界面上自發(fā)形成膜層，大幅提升液滴的穩(wěn)定性和耐受性，讓這些過(guò)去“說(shuō)散就散、說(shuō)粘就粘”的凝聚液滴獲得“超強(qiáng)鎧甲”。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)這些凝聚相遇到CAPs，就如同油水遇到表面活性劑那般，只不過(guò)相互作用更加微妙、界面更厚、分子相互吸引和排斥的機(jī)理更加復(fù)雜，卻可以最終實(shí)現(xiàn)類似的“乳化”效果：讓凝聚液滴獨(dú)立地、長(zhǎng)久地懸浮在水相中，而不會(huì)輕易融合或沉降。

  在后續(xù)的研究中，作者通過(guò)系統(tǒng)分析不同類型的凝聚液滴發(fā)現(xiàn)，它們?cè)陴ざ�、極性、帶電性質(zhì)等方面彼此截然不同，導(dǎo)致絕大多數(shù)傳統(tǒng)穩(wěn)定劑都只能“針對(duì)某一小部分”或甚至“水土不服”。為此，研究團(tuán)隊(duì)從頭規(guī)劃了可廣泛適用的“通用”嵌段高分子分子結(jié)構(gòu)，利用特殊的親凝聚相基團(tuán)（BM 段）和具備自組裝/自締合能力的疏水中間段（PCT 段），再加上可在外水相環(huán)境中伸展的PEG段，最終構(gòu)建出一整套能夠適應(yīng)各種蛋白、合成聚合物乃至生物大分子凝聚液滴的CAP家族。結(jié)果不僅在水中能讓凝聚滴極其穩(wěn)定，還可以在高鹽、極端pH、甚至有機(jī)溶劑環(huán)境中繼續(xù)保持不融不碎。研究人員形象地稱其為“給凝聚液滴穿上緊身盔甲”。

  更有意思的是，其中某些類型的CAP還能使凝聚液滴實(shí)現(xiàn)自發(fā)乳化（無(wú)需外力攪拌，就能逐步把大片“凝聚層”分散成小液滴）。這在油水體系中雖然有一定研究，但應(yīng)用到各種化學(xué)或生物凝聚體系還是首次大規(guī)模驗(yàn)證。論文作者指出，這種自發(fā)乳化過(guò)程在工業(yè)中有望減少能耗，在生物研究中則可能為模擬細(xì)胞內(nèi)各種“無(wú)膜細(xì)胞器”提供新思路，甚至有助于實(shí)現(xiàn)合成生物學(xué)中的“微型反應(yīng)器”和“人工細(xì)胞”構(gòu)想。

  據(jù)第一作者唐達(dá)介紹，除了針對(duì)如何設(shè)計(jì)與合成這類通用型嵌段高分子，文章還深入探討了CAP在不同凝聚液滴表面形成單分子層膜的分子排列和力學(xué)特性，并且展示了多種定量觀測(cè)手段，包括光學(xué)顯微操縱、微流控芯片等，來(lái)評(píng)估液滴抵抗融合的能力、膜的彎曲模量、液滴內(nèi)部擴(kuò)散及跨界面通透性的變化等。這些研究不僅拓寬了人們對(duì)“水中凝聚相界面穩(wěn)定”這一前沿領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，也為高分子與生物大分子的界面化學(xué)研究提供了新的思路。

  未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)希望繼續(xù)改進(jìn)CAPs的功能性，例如引入“跨膜蛋白通道”或“活性催化基團(tuán)”，從而打造出具有精準(zhǔn)調(diào)控和高選擇性通透能力的“膜包裹凝聚體”。這樣不但可能應(yīng)用于制備智能藥物輸送系統(tǒng)或新型材料，還可能進(jìn)一步模擬細(xì)胞的各種分隔及分子運(yùn)輸過(guò)程，為人造細(xì)胞學(xué)、細(xì)胞器模擬、生物工程等研究領(lǐng)域提供新的工具。畢竟，這些此前只在生命體系中才看到的復(fù)雜過(guò)程，如今借助CAPs也許能在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里被重新“復(fù)制”出來(lái)。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01800-4