未来生物传感器有新动力 持续50天的人工细胞膜问世

5月22日电 最新一期《自然通讯》杂志发表的一项研究称，韩国科学技术院(KIST)脑科学研究所团队成功开发出一种可在硅基底上稳定50天以上的人工细胞膜。这是模拟薄膜结构的人工细胞领域的新成果，可以根据需要在硅衬底上制作可调控的3D细胞形状。

在自然界中，细胞膜具有独特的功能，它可以保护内部免受外界环境的影响，并通过感知外界的化学或物理刺激与外界进行交流，就像生命中最精确的生物传感器一样。一方面，细胞膜含有与水很好混溶的亲水部分，另一方面，含有与水不太混溶的疏水部分。它像水龙头一样打开和关闭离子通道，并将物理和化学刺激转化为电信号，然后传递给细胞。

除了在2018年创造了持续5天的人工细胞膜，2019年，KIST团队还展示了如何将正离子转移到表面附着蛋白质的人工细胞膜的结构中，这证实了其生物传感器的应用潜力。

但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，至少需要一个月的耐久性。为了延长人造细胞膜的稳定极限，KIST研究小组将注意力集中在一种叫做嵌段共聚物(BCP)的材料上。

研究小组开发了一种技术，在硅衬底上有规律地排列成千上万个直径为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，然后干燥。通过在微流体通道的上板电极和下硅衬底之间施加电场，可以调节肥皂泡形、细长椭圆形或细管形BCP双层结构。这一过程使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，也提出了自由控制人工细胞膜大小和形状的方法。

通过在三维双层BCP结构之外填充具有与人体物质相似的弹性和回弹特性的多孔水凝胶，该团队最终创造出了一种可以保持稳定超过50天的人工细胞膜。

研究人员表示，尽管全球对人工细胞膜的研究一直专注于在硅基底上放置二维平面结构，但该团队成功地将人工细胞膜的稳定期延长了十倍以上。继第一个3D人工细胞膜结构制造技术的发展，这项研究提供了制造大面积阵列人工细胞膜的方法，并有望进一步发展成为生物功能研究的平台技术，以确定与细胞功能类似的超灵敏生物传感器的功能，新药开发的药物筛选，以及大脑中的神经递质和激素。

生活的神奇常常让我们惊叹。细胞作为生物体的基本功能和结构单位，可谓是创造神奇生命的一砖一瓦。他们看似简单，其实一点也不简单，因为他们世故而敏感。别忘了，它们是漫长历史中生物自然进化的“果实”。因此，在人工条件下成功模拟这种天然生物传感器并不容易。这就是为什么科学家能够开发出持续几十年的人造细胞膜是非常了不起的。