材料科学家们创造出一种新材料，类似自然界中常见的细胞膜。科学家们长期寻找这样一种材料能广泛应用于净水和药物运输。
自然通讯杂志7月12日刊登的研究员报告中提到，这种材料类似类脂类肽，能够自行组合，形成的材料比肥皂泡更薄但是更稳定。自行组合后形成的薄板能够淹没在各种液体里，甚至可以进行受损后的自我修复。
“自然界是非常睿智的。研究员们试图制造仿生膜，这种仿生膜拥有细胞膜的特质但是同时比细胞膜稳定，”美国太平洋西北实验室能源部门的化学家Chun-Long Chen说。“我们相信这些材料可以用于净水器，感应器，药物运输，特别是应用于燃料细胞和其他能源细胞。”
一．神奇的膜
细胞膜是神奇的材料。由脂肪分子形成的薄板称之为脂类，其比我们常见的色彩斑斓的肥皂泡泡至少薄十倍，然而却使细胞能够从细菌，树木和人体等多种东西中收集构成有机体。
细胞膜对通过的物质有很强的选择性，通过嵌入蛋白质筛选。膜的主要功能是自动修复结构损伤，同时接受改变厚薄将外部环境信息传到细胞内部。
科学家们想要利用膜作为过滤器或者信号发射器的特质。一种类似细胞膜的材料比起其他薄料，如石墨烯来说有更多优势。比如说，模拟细胞膜的保卫筛选功能能够制造净水膜，不需要很大的压力或者消耗多大能源就能过滤水。
被称作类肽的合成分子吸引了研究员们的注意，因为其价格低廉，功能齐全且可以定制。它们就像自然蛋白质，包括嵌入细胞膜的蛋白质，能够设计赋予多种形式和功能。所以Chen和他的伙伴们决定试试是否能设计制造类肽使其能够更类脂化。
二、设计膜
类脂分子很长并且大多数是笔直的：它们一头多脂，挂着其他一些脂肪，一头亲水。因为这种化学特性，类脂分子将多脂尾端彼此连接，中间夹着亲水一端。科学家们称之为磷脂双分子层，实质上就是一个包含了细胞全部内容的平板。蛋白质和碳水化合物分子将自己嵌入膜表。
受此启发，Chen和他的伙伴们设计一种类脂，这种类脂的每一个基点都有一个长分子，一头亲水一头多脂。他们选择这种化学特性是希望能够刺激单个分子聚合。他们通过多种理论分析检测出这样生成的结构，包括一些劳伦斯伯克利国家实验室的两个能源部科学——办公室用户设备先进光源实验室和分子铸造部所得出的一些结构。
该团队发现将类脂类肽放入液体溶液中，这些分子会自发结晶，形成漂浮在烧杯上科学家们称之为纳米膜的结构——和细胞膜一样薄的边缘笔直的平板。这些纳米膜在水或酒精中都能保持结构不变，不管环境温度高低，PH值大小，盐浓度高低，这是一般细胞膜所不具备的。
三、从发展过程中看
为了更深入的了解纳米膜，该团队通过分子动力学软件模仿单个类肽分子相互之间的内在反应。仿造的类肽形成了一个模拟的磷脂双分子层：多脂尾端挂在中间，亲水尾端在上下方朝外伸展。
测试仿生膜是否具备细胞膜特有的信号传递功能，研究员们加入了一小撮氯化钠盐。盐会影响信号序列，导致真正的细胞膜变厚。之后类肽也会增厚。研究员们加入的盐越多，纳米膜越厚，测试中随着盐的浓度增加，纳米膜的厚度达到了原来的125%。
真正的膜也有蛋白质，其中的蛋白质有很多特别功能，比如说能让水，并且只能让水通过。Chen的团队通过各种各样的侧基检测了类肽的活性。侧基实际上就是附着于长类脂类肽上不同形状，不同大小，不同化学成分的小分子。他们尝试了10种不同的测试方案。每一种尝试中，类肽在保持核心结构完整的情况下组成纳米膜。该团队也在纳米膜中生成了一种碳水化合物，显示这种材料能够赋予多种多样的功能。
该团队随后测试了纳米膜的自我修复能力，这是膜在使用过程中十分有用的特质。当用刀将膜划破后，他们加入了更多的类脂类肽。这之后几个小时内用显微镜观察，伤痕被类脂类肽填满，纳米膜又完好如初。（若是在纸上划破一道，就算把碎片贴在一起也不能自我修复。）
将所有实验结果结合起来发现，研究员们制造类似仿生细胞膜材料的方向是正确的。然而，在落实到具体应用上，他们仍旧面临诸多挑战。比如说，研究员们更想更深入的了解膜是怎么成形的，这样他们可以制造许多合适的大小。
Chen说，下一步就是结合自然膜蛋白质和其他合成渠道，比如碳纳米管建造一个仿生膜。该团队也在寻找方法使得类脂膜能够导电以便能源使用。
太平洋西北国家实验室和能源科学办公室对此研究给予支持。