通过对基板上下层施加电场来控制嵌段共聚物的浓度和电场来制造各种尺寸和形状的双层结构的示意图。图片来源：韩国科学技术研究院
科技日报记者 张梦然
据发表在最新一期《自然·通讯》杂志上的一项研究，韩国科学技术研究院（KIST）脑科学研究所团队成功开发出一种可在硅衬底上保持稳定超过50天的人工细胞膜。这是模拟薄膜结构的人工细胞领域取得的新成就，可按需在硅衬底上制造可调谐和可控的3D细胞形状。
在自然界中，细胞膜具有独特的功能，可保护内部免受外部环境的影响，并通过感知外部化学或物理刺激来与外界交流，就像生命中最精确的生物传感器一样。细胞膜一方面包含与水良好混溶的亲水部分，另一方面包含与水不能很好混溶的疏水部分。它像水龙头一样打开和关闭离子通道，并将物理化学刺激转化为电信号，然后将其传输到细胞。
除了在2018年创造了一种持续5天的人造细胞膜外，2019年，KIST团队还演示了如何将正离子转移到具有人造细胞膜的结构内部，该人造细胞膜表面附有蛋白，证实了其生物传感器的应用潜力。
然而，对于人工细胞膜的生命科学研究和生物传感器的实际商业化来说，需要至少一个月的耐久性。为了延长人造细胞膜的稳定性限制，KIST研究团队专注于一种称为嵌段共聚物（BCP）的材料。
研究团队开发了一种技术，在硅基板上定期排列数万个直径为8微米的孔，并通过表面处理将特定量的BCP溶液插入每个孔中，然后将其干燥。通过在微流体通道的上板电极和下硅基板之间施加电场，可调谐地创建肥皂泡形、细长椭圆形或细管形BCP双层结构。这个过程导致团队发现了根据溶液浓度和施加的电场频率维持结构的可能性，也提出了一种可自由控制人造细胞膜大小和形状的方法。
通过在三维双层BCP结构的外部填充具有与人体物质相似的弹性和回弹性特性的多孔水凝胶，团队最终创造了一种可保持稳定超过50天的人造细胞膜。
研究人员表示，虽然全球对人工细胞膜的研究一直集中在将二维平面结构放置在硅基板上，但该团队已成功地将人工细胞膜的稳定期延长了十倍以上。继首个3D人工细胞膜结构制造技术的开发后，该研究为人造细胞膜的大面积阵列制造提供了一条途径，预计将进一步发展成为生物功能研究的平台技术，以确定类似于细胞功能的超灵敏生物传感器的功能，新药开发的药特筛选以及大脑中的神经递质和激素。
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生命的神奇之处常常令我们啧啧称叹。而作为生物体基本的功能和结构单元，细胞可谓是缔造神奇生命的一砖一瓦。它们看似简单，却又集精密、灵敏等多种特点于一身，一点都不简单。别忘了，它们可是生物体在漫长历史中自然进化而来的“成果”。所以，要想在人工条件下成功模拟这种天然的生物传感器绝非易事。这就是为啥科学家能研发出持续稳定几十天的人造细胞膜就已经令人瞩目了。
关键词： 生物传感器
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