时空可控液滴融合技术揭示多组分表面活性剂的二维扩散动力学

为解决多组分表面活性剂二维(2D)扩散初始边界难以精确控制的难题，研究人员通过液滴融合技术建立时空可控的初始条件，结合1 H NMR和数值模拟，量化了氧化DOPC(oxDOPC)与胆固醇(Chol)体系的分子扩散特性及线张力，为膜蛋白和脂筏研究提供了新方法。

　　

在生物膜和工业材料领域，多组分表面活性剂的二维扩散行为如同微观世界的“分子舞蹈”，其动态规律直接影响脂筏形成、药物递送效率等关键过程。然而，传统技术难以捕捉这一瞬态过程的核心矛盾——如何精确控制扩散初始边界？现有微流控或囊泡融合方法存在时空分辨率不足、成分调控受限等缺陷，导致对氧化磷脂与胆固醇等复杂体系的扩散机制认知模糊。这一瓶颈阻碍了从阿尔茨海默病中脂筏异常聚集到食品乳化剂设计的跨领域研究。

韩国科学技术院的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的研究中，创新性地将液滴融合技术与紫外氧化调控相结合。通过可控氧化二油酰磷脂酰胆碱(DOPC)构建oxDOPC-Chol模型体系，利用¹
H核磁共振(NMR)解析分子组成，配合移动边界数值模拟，首次实现了多组分表面活性剂扩散动力学的原位可视化与定量分析。

关键技术包括：1) 时空可控液滴融合建立锐利初始边界；2) UV氧化DOPC制备oxDOPC-Chol异质体系；3) 荧光显微追踪相分离域形变；4) 移动边界扩散模型数值求解；5) 基于弹性弛豫的线张力计算。

液滴融合技术：建立时空明确的初始边界
通过将含oxDOPC/Chol的液滴精准融合至预铺单层，形成黄-红(液滴)与绿(基底)分子的清晰界面。高速显微成像显示，混合区宽度随时间呈√t增长，符合二维扩散规律。该技术首次实现初始接触面积±5 μm²
的精度控制。

扩散动力学与相行为
oxDOPC中过氧化产物(如醛基DOPC)与Chol形成非混相域，其边界移动速率揭示扩散系数D=0.12±0.03 μm²
/s。未氧化DOPC则与Chol完全混溶，D值提升至0.45±0.07 μm²
/s，证实氧化程度调控分子互作强度。

线张力定量
通过傅里叶分析变形域的形状弛豫动力学，测得oxDOPC域线张力γ=1.8±0.3 pN，该参数首次将脂筏边界力学特性与分子结构关联。

这项研究建立了多组分表面活性剂扩散研究的标准化范式：液滴融合技术解决了初始条件不可控的世纪难题，移动边界模型为膜动力学研究提供新工具。特别值得注意的是，发现氧化磷脂通过改变疏水尾链构象显著影响扩散速率，这为理解阿尔茨海默病中β-淀粉样蛋白与脂筏的异常互作提供了力学视角。技术方法可拓展至膜蛋白-脂质相互作用研究，数值模型已被应用于预测药物载体在肺表面活性剂膜的渗透行为。

研究由Hyunwoo Jang和Dae-Woong Jeong作为共同第一作者完成，Changbong Hyeon团队开发的弹性弛豫分析算法为关键突破。韩国国家研究基金会(NRF)资助的多项课题支持了该跨学科研究，包括膜模拟系统开发(KC30-N11230021)和神经退行性疾病分子机制探索(RS-202300277142)。