华南理工科研团队，给凝聚液滴披上“紧身盔甲”！

发布日期：2025-05-22 20:24 点击次数：167

使用合适的表面活性剂

让油和水形成相对稳定的乳液

这在食品、化妆品和医药行业都有广泛应用

但是，如果把两者换成“准水”和“水”——

也就是高分子或蛋白等物质

形成的“凝聚相”与“水相”

双方还能和平共处吗？

如果能使用某种“界面稳定剂”，来给这类“凝聚液滴”穿上“保护衣”，那就可以实现这个目的了。

听说，华南理工大学就研发出了这种神奇的“保护衣”，能让你的想法变成现实！

近日

华南理工大学前沿软物质学院

蒋凌翔教授课题组

研究设计并合成了新型嵌段高分子

“ Condensate-Amphiphilicblock

Polymers, CAPs ”

该物质可通用地稳定各种

各种“凝聚相-水相”界面

实现对合成或生物凝聚液滴的

超强稳定和自发乳化能力

相关研究成果在 Nature Chemistry 发表

该论文通信作者是蒋凌翔教授

第一作者是2023级软物质科学与工程专业

博士研究生唐达

团队成员是如何

给凝聚液滴穿上特制“保护衣”？

它又将如何发挥作用？

这一成果有什么应用场景？

咱们这就去一探究竟

该如何保护“脆皮”的凝聚液滴？

在我们日常生活中，油是一种“凝聚相”物质，而水则可称为“水相”物质。

“凝聚相”物质在没有封闭膜的情况下，天生就容易聚结和成熟，并且会由于溶解或凝固/沉淀对温度、pH值和盐度等环境因素，产生“说散就散、说粘就粘”的强烈反应。

这种敏感性或不稳定性，严重损害它们在工业服务中的长期性能，或者在细胞周期中的稳定功能。

如需解决此种不稳定的状态，让“凝聚相”和“水相”两种物质“和平共处”，则需要膜化——在凝聚液滴表面安装一层稳定膜。

然而，传统的表面活性剂或稳定剂往往对这类凝聚液滴无能为力，难以让它们长期稳定分散。

易融合的无膜液滴（左）和稳定不融合的膜化液滴（右）

通过系统分析不同类型的凝聚液滴，团队成员发现，它们在黏度、极性、带电性质等方面彼此截然不同。而绝大多数传统稳定剂，都只能“针对某一小部分”发挥作用，或者干脆“水土不服”。

为此，研究团队从头规划了可广泛适用的“通用”嵌段高分子结构。这一结构分为三段：亲凝聚相段、自缔合段、亲水相段。最终，构建出一整套能够适应各种小分子、合成聚合物乃至蛋白质、核酸等生物大分子凝聚液滴的CAP家族，能普遍性应对凝聚物膜化的艰巨挑战。

亲凝聚、自缔合和亲水相段的三嵌段CAP分子

该CAP分子被设计得足够长，因此可以伸展跨越水相和凝聚相之间的界面。其中，亲凝聚相段能牢固地锚定在凝聚相上，亲水相段延伸到水相中和自缔合段中，促进稳定膜的形成。

至关重要的设计是，亲凝聚相段能成功地靶向合成凝聚物和生物分子凝聚物。

膜化液滴的共聚焦图像

如上图所示，团队成员为我们展示了7种被CAP膜化的凝聚液滴，证实了连续膜的形成，该膜完全覆盖了凝聚液滴，并将凝聚相与水相实现物理分离。

该结果不仅在水中能让凝聚滴保持稳定，还可以在高盐、极端pH甚至有机溶剂环境中，继续保持不融不碎。研究人员形象地称其为“给凝聚液滴穿上紧身盔甲”。

除了全方位保护凝聚液滴，这件特制的“盔甲”，还能让未来工业生产实现更高效率、更低能耗！

被“保护”的凝聚液滴也能自由活动？

除了让凝聚液滴披上特制的保护“盔甲”，团队还发现了一个有趣的现象——某些类型的CAP，能使凝聚液滴实现自发乳化（无需外力搅拌，就能逐步把大片“凝聚层”分散成小液滴）。

此类现象，虽在油水体系中有一定研究，但应用到各种化学或生物凝聚体系，还是首次大规模验证。

自发乳化的过程

团队成员使用共聚焦显微镜，在微观尺度观察到的这一过程，被形象地称为“出芽”。在显微镜下可以清晰地看到，“凝聚相”和“水相”的界面明显呈波浪状起伏（而不是平坦光滑）。朝向水相一侧的凸起，逐渐生成了直径约为1-2μm的液滴，排放到水相中，且不会聚结在一起。随着时间进一步推移，凸起又在不同的位置重新出现，重复以上的过程。

团队成员指出，这种自发乳化过程在工业中有望减少能耗，在生物研究中则可能为模拟细胞内各种“无膜细胞器”提供新思路，甚至有助于实现合成生物学中的“微型反应器”和“人工细胞”构想。

据唐达介绍，除了介绍如何设计与合成这类通用型嵌段高分子，文章还深入探讨了CAP在不同凝聚液滴表面形成单分子层膜的分子排列和力学特性，并且展示了多种定量观测手段，包括光学显微操纵、微流控芯片等，来评估液滴抵抗融合的能力、膜的弯曲模量、液滴内部扩散及跨界面通透性的变化等。这些研究不仅拓宽了人们对“水中凝聚相界面稳定”这一前沿领域的认识，也为高分子与生物大分子的界面化学研究提供了新的思路。