人工細胞器：『可呼吸』的人造葉綠體基粒

細胞是生物體的基本結構和功能單位。動態和精細的膜結構是細胞的重要結構特徵，他們在細胞內形成相對獨立又相互交流的微型「工廠」，影響著細胞的生命活動。但是，細胞內的這些膜結構是如何穩定其特定形貌以及這些特定形貌如何使這些微型「工廠」發揮特定功能，一直是細胞生物學方向的科學家極力破解的謎團，也一直吸引著仿生方向研究者的目光。人工生物膜是簡化的生物膜模型，它能夠有效避免細胞複雜內部環境的干擾，被廣泛應用於細胞生物學研究和仿生研究。在過去的幾十年中，科研工作者已經構建了多種結構的生物膜模型對細胞內生物膜的結構和功能進行研究和模擬。

囊狀生物膜堆疊結構是廣泛存在於自然界生物膜結構。植物葉綠體中的基粒、粗面內質網、高爾基體、視桿細胞和電鰻的細胞中都存在著多層囊狀結構。這種生物膜結構能夠增加膜比表面積和膜蛋白濃度，通常與生物合成和能量富集有關。但是，儘管廣泛存在並發揮著重要功能，這種生物膜結構的人工構建卻仍然是一個重大挑戰。

哈爾濱工業大學化工與化學學院的韓曉軍課題組以磷脂分子為構建基元，通過兩步法，即醇水混合體系分子重結晶以及邊界能誘導的膜重構，成功地製備了與葉綠體基粒結構相似的囊狀生物膜堆疊結構。在不同介電常數溶劑或電性相反的納米粒子的刺激下，該結構能夠像彈簧一樣具有伸縮功能，在該過程中，納米粒子能夠被可控吞入或釋放。通過量子點的嵌入，實現了光的能量共振轉移，使其具有光能捕獲功能。這是首次通過磷脂分子直接組裝出囊狀生物膜堆疊結構，並基於該結構對類囊體的功能進行模擬。

該囊狀生物膜堆疊結構可以為細胞生物學研究和仿生研究提供更為先進的人工生物膜模型，並為細胞中該類生物膜結構的穩定機制提供線索。該結構俘獲物質的能力使得他們發揮更多的功能以及具有更為廣泛的應用潛力。

本工作發表在Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.201707482）上，博士生李慶川為第一作者，韓曉軍教授為唯一通訊作者。

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