近日，華南理工大學蔣凌翔課題組在《自然·化學》(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），實現(xiàn)了對合成或生物凝聚液滴的超強穩(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。
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”這類詞句常用來形容完全對立、難以共存的兩類事物。然而實際上，油和水若想在一起“和平共處”，并非沒有辦法——只要有合適的表面活性劑，油水便能形成相對穩(wěn)定的乳液，這在食品、化妝品和醫(yī)藥行業(yè)都有廣泛應用。但如果有一天換成兩種“水”或者“準水”——也就是高分子或蛋白等物質形成的“凝聚相”與普通水相之間，又會怎樣呢？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”來給這對“難融合又難分離”的水性液滴穿上“保護衣”，可惜的是，傳統(tǒng)的表面活性劑或穩(wěn)定劑往往對這類“凝聚液滴”無能為力，難以防止它們長期穩(wěn)定分散。
蔣凌翔課題組在Nature Chemistry發(fā)表論文，以此為切入點，設計并合成了一類名為“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，讓這些過去“說散就散、說粘就粘”的凝聚液滴獲得“超強鎧甲”。簡而言之，當這些凝聚相遇到CAPs，就如同油水遇到表面活性劑那般，只不過相互作用更加微妙、界面更厚、分子相互吸引和排斥的機理更加復雜，卻可以最終實現(xiàn)類似的“乳化”效果：讓凝聚液滴獨立地、長久地懸浮在水相中，而不會輕易融合或沉降。
在后續(xù)的研究中，作者通過系統(tǒng)分析不同類型的凝聚液滴發(fā)現(xiàn)，它們在黏度、極性、帶電性質等方面彼此截然不同，導致絕大多數傳統(tǒng)穩(wěn)定劑都只能“針對某一小部分”或甚至“水土不服”。為此，研究團隊從頭規(guī)劃了可廣泛適用的“通用”嵌段高分子分子結構，利用特殊的親凝聚相基團（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，最終構建出一整套能夠適應各種蛋白、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還能使凝聚液滴實現(xiàn)自發(fā)乳化（無需外力攪拌，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，但應用到各種化學或生物凝聚體系還是首次大規(guī)模驗證。論文作者指出，這種自發(fā)乳化過程在工業(yè)中有望減少能耗，在生物研究中則可能為模擬細胞內各種“無膜細胞器”提供新思路，甚至有助于實現(xiàn)合成生物學中的“微型反應器”和“人工細胞”構想。
據第一作者唐達介紹，除了針對如何設計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特性，并且展示了多種定量觀測手段，包括光學顯微操縱、微流控芯片等，來評估液滴抵抗融合的能力、膜的彎曲模量、液滴內部擴散及跨界面通透性的變化等。這些研究不僅拓寬了人們對“水中凝聚相界面穩(wěn)定”這一前沿領域的認識，也為高分子與生物大分子的界面化學研究提供了新的思路。
未來，研究團隊希望繼續(xù)改進CAPs的功能性，例如引入“跨膜蛋白通道”或“活性催化基團”，從而打造出具有精準調控和高選擇性通透能力的“膜包裹凝聚體”。這樣不但可能應用于制備智能藥物輸送系統(tǒng)或新型材料，還可能進一步模擬細胞的各種分隔及分子運輸過程，為人造細胞學、細胞器模擬、生物工程等研究領域提供新的工具。畢竟，這些此前只在生命體系中才看到的復雜過程，如今借助CAPs也許能在化學實驗室里被重新“復制”出來。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01800-4
