在水油界面，由酶驱动的溶液流动所推动的微区室的自组织现象

《Journal of the American Chemical Society》：Self-Organization of Microcompartments Powered by Enzyme-Driven Solutal Flows at the Water–Oil Interface

自组织微凝胶通过尿素酶驱动实现二维晶格与一维链结构的动态调控，密度差异引发排斥流与毛细吸引力协同作用，控制微载体物流配送和流体陷阱形成，推动智能软体机器人发展。

　　

设计能够通过消耗能量或燃料来自组织化的微隔室，以产生可对抗的短程作用力，这是实现具有智能行为的适应性细胞材料的重要一步。在这里，我们报道了一种含有尿素酶的活性微凝胶隔室（a-MC），这种尿素酶能够在水-油界面通过调节短程粒子相互作用来实现自组织，这些相互作用包括由尿素酶驱动的排斥性溶质流动和吸引性毛细力。尿素酶在a-MC内部将尿素转化为密度更高的氨和碳酸氢盐产物，从而产生向外流动，导致与水-油界面上的相邻a-MC之间的排斥作用。通过对排斥性溶质流动的调控，a-MC在高尿素酶活性条件下能够自组织成非密排的二维晶格，在低尿素酶活性和高种群密度条件下则形成一维链状结构。这些排斥性溶质流动由尿素提供能量，因此通过限制尿素的供应，我们可以在高尿素浓度下使二维簇解体，并在尿素水平下降时重新组装。在活性和被动（不含尿素酶）微凝胶隔室的二元混合物中，被动微凝胶隔室随着种群密度的增加而表现出越来越规则的排列方式。将a-MC的二维簇固定下来后，我们可以建立长程的集体溶质流动，以实现微隔室的货物运输，并形成流体陷阱，从而控制二元/三元微隔室簇的组装和位置，增强化学信号传递。我们的工作为开发自主软体机器人、精确的微尺度货物运输系统以及智能物质提供了可能性。