化学活性润湿：非平衡热力学理论与膜界面动态调控新机制

本刊推荐：德国马普所团队开创性提出"化学活性润湿"理论体系，通过建立非平衡热力学模型揭示ATP/GTP驱动下生物分子缩合物（如应激颗粒）在膜表面的动态润湿行为。研究发现三相交界线（triple line）可等效为多极子源，通过化学势梯度诱导扩散通量（j/jm），使平衡态球冠形液滴转变为"薄饼状"或"蘑菇状"非平衡稳态结构，为理解细胞器膜重塑（如突触小泡聚集）提供全新理论框架。

　　

在生命科学领域，膜界面动态润湿现象正引发革命性认知突破。最新研究揭示，传统Young-Dupré定律描述的被动润湿体系（如玻璃表面水滴）已不能解释生物系统中ATP驱动的活性润湿行为。通过建立二元溶质-溶剂体系的连续介质理论，研究者发现化学活性表面会打破结合/解离通量（s_on/s_off）的细致平衡，导致净解吸通量s≠0。

理论推导显示，三相交界线可映射为静电学中的四极矩系统。当活性参数χ_act>0时，膜结合组分形成正偶极矩（p=5p?），诱导化学势μ呈双偶极分布，使液滴接触角θ_act显著偏离平衡值θ₀。数值模拟证实，在χ_act=-6条件下，液滴展宽形成薄饼状（pancake）结构；而χ_act=4时则收缩为蘑菇状（mushroom）形态，其形状变化遵循修正的Gibbs-Thomson关系：μ-μ₀=k_BT?H，其中毛细长度?=νγ₀/k_BT(?^I-?^II)。

该理论成功预测了突触小泡集群和应激颗粒等生物缩合物的膜润湿行为。例如，G3BP1蛋白在溶酶体膜表面的GTP依赖性结合，可通过调控偶极矩位置X_p=X₀+ΔX+λ^I-λ^II实现膜拓扑结构重塑。当反应-扩散长度尺度λ₀/X₀≈0.05（对应D_m≈1μm²/s，k≈1/s）时，活性润湿可驱动膜出芽等形态发生过程。

这项研究不仅建立了活性润湿的普适理论框架，更为理解细胞区室化、囊泡运输等生命过程提供了全新视角。未来通过设计ATP酶循环调控磷酸化状态，有望实现人工体系中的活性润湿操控，为新型药物递送系统开发奠定基础。