分離技術對于工業制造、治理水污染及其他領域至關重要，但是目前的分離技術使用的薄膜較厚、分離能耗高，因此效率低下。近日，來自華盛頓大學、西北太平洋國家實驗室和華東師范大學的研究人員發明了一種比肥皂泡“皮”還薄的薄膜，發生損壞后可以像活細胞中的細胞膜一樣進行自修復，相關研究成果以“Self-Repair andPatterning of 2D Membrane-Like Peptoid Materials”為題發表在Advanced Functional materials上。值得注意的是，研究人員能夠接近原子級尺度，將不同的基團精確地以圖案形式嵌合在薄膜上。

    ▲薄膜自修復過程

    研究團隊詳細地描述了薄膜的自修復過程及原理，使我們距離設計和開發類似的工業用薄膜又更近了一步。例如，科學家們可以利用這種自修復性及可修飾性開發具有大表面積的薄膜，這意味著這些薄膜用途廣泛，同時不同的基團性質給它添加了額外的功能。

    二維材料在過濾、傳感、納米電子器械等領域越來越受關注，而本研究中的這種細胞膜樣薄膜材料由一系列叫做類肽的分子組成，類肽是一組序列特異性的高分子，其中不同的化學基團按照一定的規則有序排列，這些高分子可以自組裝形成二維晶體材料，具有與基于脂質的細胞膜相似的性質。

    這些高分子由甘氨酸衍生物合成，通過引入特殊的側基，可以控制性成薄膜的分子間的相互作用。同時，與自然多肽組裝而成的薄膜相比，這種薄膜具有更高的熱穩定性和化學穩定性。但是要模擬細胞膜的功能談何容易，僅僅與細胞膜相似結構特征還不夠，還需要薄膜能夠重新配置官能團的精確定位及與其他類肽共組裝引入新功能以及自修復功能。

    通過使用原位原子力顯微鏡剖開薄膜并顯示薄膜隨后的修復行為，研究人員發現這種2D薄膜確實可以進行自修復，并且可以在正電或者負電基底上再組裝，甚至可以在缺少基底的情況下再組裝。

    通過AFM探針，研究人員在水面的薄膜上創造了寬10 nm、長度從幾納米-微米不等的縫隙，隨后薄膜通過在縫隙中引入新的類肽高分子開始進行自修復。修復過程中，縫隙兩端的薄膜會往縫隙中間靠近，直到縫隙被消除。修復的速率決定于縫隙的方向。同時，研究人員還能夠通過改變溶液pH或者是加入的聚合物數量控制修復速度。

    這種薄膜極薄、表面化學結構易控制，因此在從下到上的自組裝納米半導體、電路及分子選擇性濾膜等領域具有很大的潛力。

    研究人員認為這種薄膜有助于防止太陽能電池、水清潔、化學傳感、工業及產能催化材料中的高能耗反應。

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責任編輯：王元

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