7月17日消息,Nature Materials发表一项仿生软材料研究,介绍可3D打印的拥挤互连双层乳液(jammed interconnected bilayer emulsions,JIBEs)。论文第一作者为Aida Fica,团队成员来自得克萨斯大学奥斯汀分校、田纳西大学诺克斯维尔分校、宾夕法尼亚州立大学和台湾大学等机构。该材料每毫升可包含数百万至数十亿个由双分子层分隔的水相微区,能在数分钟内自组装并扩展到分升级体积,目标是把细胞膜式隔室、软组织力学和可编程传输结合到同一宏观材料中。
制备路线是将水、油和可形成双层的两亲分子混合成水包油乳液,再通过离心使单层包覆液滴拥挤成多面体堆积;相邻液滴界面形成双分子层网络,去除多余油相后得到JIBE。研究团队同时使用脂质和嵌段共聚物体系,并通过冷冻电子显微镜观察来确认界面双层,而不只依据宏观流变性质推断结构。材料可直接挤出到水溶液中,形成二维和三维图案,说明其成形不依赖永久固化模具。
功能实验采用未引入通道的JIBE作为基线,再分别加入生物蛋白或模型孔道比较电学和传输响应。Nature论文摘要报告,通道功能化后材料可表现出可调电导、选择性运输和忆阻行为;其图示还包括电驱动离子分离以及由alamethicin肽孔形成的忆阻响应。团队此前公开、当时未经同行评审的ChemRxiv版本给出了更具体的量级:大肠杆菌外膜蛋白使离子电导较未功能化材料提高约4400倍,肽转运体对铵离子相对钠离子的选择比超过15比1。最终论文现已同行评审发表,但这些具体数值仍应结合正式论文方法、误差和补充数据解读。
JIBE的意义在于把巨量膜隔室并联为可制造的宏观器件,为分离、离子电子学、软体机器人、药物递送和组织工程提供共同材料平台。当前结果主要证明结构与功能可集成,并不代表已经获得长期稳定的人工组织或工业膜。后续关键变量包括打印尺寸精度、通道活性随时间的衰减、复杂溶液中的抗污染性、跨批次一致性、机械疲劳以及从实验室分升级制备向连续制造的转化。原始数据已存入Texas Data Repository,便于进一步核查。
(来源:Nature Materials)