休斯顿大学卡伦工程学院与美国国家标准与技术研究所(NIST)和芝加哥大学合作进行的一项新研究，展示了一种稳定聚电解质凝聚液滴的简单途径，这种液滴在电场下不会凝聚或变形。这项研究最近发表在美国国家科学院院刊(PNAS)。

由于高极化率和剩余的表面电荷，这些“稳定”的液滴可以在水环境中使用低电压源(例如9V电池)进行操纵。这些液滴被称为凝聚体，含有带电的聚合物，可以包裹生物上相关的带电物质，如蛋白质和基因。因此，它们具有运输和运送制造业和医疗行业中有用的各种货物的潜力。

当两种带相反电荷的聚合物(也称为聚电解质)在盐溶液中共同组装成冷凝态时，就会形成凝聚液滴。更具体地说，溶液通常会迅速转化为两相体系，富含聚合物的凝聚液滴悬浮在周围的溶液中。液滴的大小为几十微米，大约是典型生物细胞的大小。事实上，这些液滴已经被证明可以进行各种生物相关的反应。然而，凝聚液滴有一个主要的缺点——它们通过聚结相互融合形成越来越大的液滴，直到所有的液滴由于重力沉降而合并形成宏观沉降层。

“想象一下，在一杯水中混合一勺橄榄油，然后使劲摇晃。最初，你会看到小水滴使混合物浑浊，但随着时间的推移，这些水滴合并形成单独的油层和水层。同样，液滴生物反应器或由凝聚体制成的电流变流体随着时间的推移，当液滴凝聚形成层时，就会失效。”该研究项目的负责人、陶氏化学董事长兼休斯顿大学韦尔奇基金会教授Alamgir Karim说，他与NIST的长期同事兼聚合物物理学家Jack F. Douglas合作，并由芝加哥大学普利兹克分子工程学院院长、聚电解质凝聚专家Matthew Tirrell提供了见解。

道格拉斯说:“科学家们通过在油滴界面添加表面活性剂分子来防止油滴合并，从而解决了油滴合并的问题。”他继续说道:“最近，类似的技术被应用于凝聚液滴，在液滴界面上涂覆特殊的聚合物链，有效地阻止了它们的聚结。然而，这种分子涂层禁止物质进出液滴，使其在生物反应器应用中无效。”

“我想在不引入任何额外分子的情况下稳定这些液滴，”领导这个项目的卡里姆研究小组的研究生阿曼·阿格拉瓦尔(Aman Agrawal)说。经过几个月的研究，Agrawal发现“当凝聚液滴从原来的盐溶液转移到蒸馏水中时，它们的界面倾向于获得强大的抗聚结弹性。”研究人员提出，液滴的这种稳定性是由于离子浓度突然变化导致离子从液滴界面流失到蒸馏水中。Agrawal在电场下研究了这些稳定的液滴，演示了如何在交流电场下形成液滴链，然后在直流电场下移动它们。

“凝聚领域的新发展，”Tirrell说，“在药物输送和其他封装技术方面有潜在的应用。在基础生物学中，这爱博网投领导者种机制可以解释为什么胞内细胞器和生物凝聚物，以及益生元原细胞(生命起源的可能媒介)具有它们所具有的稳定性。”最近的测量表明，在电场的作用下，各种类型的细胞都可以像稳定的凝聚状液滴一样被操纵，这表明凝聚状液滴的极化性可能对许多由带电聚合物组成的生物材料的操纵产生重大影响。

*本研究由韦尔奇基金会(Welch Foundation)通过第5号拨款资助。e - 2105 - 20220331。