分離技術(shù)對于工業(yè)制造、治理水污染及其他領(lǐng)域至關(guān)重要，但是目前的分離技術(shù)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(xué)、西北太平洋國家實驗室和華東師范大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種比肥皂泡“皮”還薄的薄膜，發(fā)生損壞后可以像活細(xì)胞中的細(xì)胞膜一樣進(jìn)行自修復(fù)，相關(guān)研究成果以“Self-Repair andPatterning of 2D Membrane-Like Peptoid Materials”為題發(fā)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(tuán)精確地以圖案形式嵌合在薄膜上。

    ▲薄膜自修復(fù)過程

    研究團(tuán)隊詳細(xì)地描述了薄膜的自修復(fù)過程及原理，使我們距離設(shè)計和開發(fā)類似的工業(yè)用薄膜又更近了一步。例如，科學(xué)家們可以利用這種自修復(fù)性及可修飾性開發(fā)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(tuán)性質(zhì)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(lǐng)域越來越受關(guān)注，而本研究中的這種細(xì)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(xué)基團(tuán)按照一定的規(guī)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(zhì)的細(xì)胞膜相似的性質(zhì)。

    這些高分子由甘氨酸衍生物合成，通過引入特殊的側(cè)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(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。但是要模擬細(xì)胞膜的功能談何容易，僅僅與細(xì)胞膜相似結(jié)構(gòu)特征還不夠，還需要薄膜能夠重新配置官能團(tuán)的精確定位及與其他類肽共組裝引入新功能以及自修復(fù)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(fù)行為，研究人員發(fā)現(xiàn)這種2D薄膜確實可以進(jìn)行自修復(fù)，并且可以在正電或者負(fù)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(chuàng)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(jìn)行自修復(fù)。修復(fù)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(fù)的速率決定于縫隙的方向。同時，研究人員還能夠通過改變?nèi)芤簆H或者是加入的聚合物數(shù)量控制修復(fù)速度。

    這種薄膜極薄、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)易控制，因此在從下到上的自組裝納米半導(dǎo)體、電路及分子選擇性濾膜等領(lǐng)域具有很大的潛力。

    研究人員認(rèn)為這種薄膜有助于防止太陽能電池、水清潔、化學(xué)傳感、工業(yè)及產(chǎn)能催化材料中的高能耗反應(yīng)。

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