剑桥大学:从蛋白质微凝胶可逆凝胶-溶胶转变的液-液相分离系统
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发布时间：2024-05-13 20:26
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时间：2024-05-29 00:11
【前沿探索】剑桥大学揭示蛋白质微凝胶的液-液相分离新领域：凝胶-溶胶转变的革命性应用
液-液相分离在细胞内部环境中扮演着关键角色，它们构建了细胞质与核质的精细结构。自然界的这种分离现象激发了科学家们在实验室中复制这种功能，尤其是对于凝胶化生物分子系统的研究，它们为软材料的创新赋予了独特优势。然而，关于凝胶-溶胶转变的研究，尽管其在疾病相关的生物学进程中具有重要意义，却相对鲜见。
剑桥大学的Tuomas P. J. Knowles教授团队最近在《Advanced Materials》上发表了一篇里程碑式的研究论文，他们揭示了微凝胶形式的细胞外蛋白质如何经历热响应的凝胶-溶胶转变，从而创造出一个高度均匀的全水液-液相分离（LLPS）系统。在这个转变过程中，微凝胶由于弹性减弱导致的界面张力成为主要能量贡献，从而引发形状从细长的微棒向球形转变。这种转变在药物释放领域的应用中展现了微粒扩散的独特性能，尤其是对于相分离系统的控制。
【实验揭秘】
微流体技术在实验中起着关键作用，如图1所示，通过加热明胶溶液入口，使其在37°C下形成物理交联的微棒。在油相和水相的温度差异下，微凝胶从细长形态转变为球形，形成均匀的液-液界面。图2进一步展示了在大分子拥挤剂（如PEG溶液）中，蛋白质微凝胶如何在不同条件下经历凝胶-溶胶转变，形成具有不同几何特性的LLPS系统，包括单分散或多分散的液滴融合。
通过精密的实验设计，图3展示了LLPS系统的扩散特性，无论是纳米球还是微球，它们在温度变化下如何在不同液滴之间自由迁移，这对于药物递送和封装技术具有潜在应用价值。
【深远影响】
剑桥大学团队的这一发现开辟了一个全新的研究领域，利用相变和大分子拥挤效应，他们能够快速合成具有可调分散性的全水LLPS系统。微凝胶的形态演变和融合行为揭示了凝胶-溶胶转变对LLPS过程的独特影响，这对于理解这一生物学现象以及设计出具有高度可控性的生物工程材料具有重要意义。尽管热稳定酶交联微凝胶不支持LLPS系统的形成，但这种新型系统的潜力已经为生物工程、封装和递送等多个领域带来了前所未有的可能性。
探索未知，开启新知，剑桥大学的这一突破性研究再次证明了科学研究在生命科学和材料科学领域的深远影响。随着更多实验的深入和理论的拓展，我们有理由期待这种凝胶-溶胶转变在生物医学领域的更多应用将逐步显现。
