研究表明微滴通过准一维限制自发自组织

由多种组分组成的聚合物体系可以通过机械混合自发诱导乳液或微滴，作为宏观相分离的中间状态。不幸的是，生成的液滴的大小不均匀，并且它们的空间排列相当随机。此外，它们往往会随着时间的推移而变大(变粗)。

为了防止微滴尺寸的变化，研究人员试图快速降低温度，但这些努力永远无法提高液滴的均匀性。如果可以通过简单的程序产生捕获某些底物(例如DNA和药物)的均匀排列的同质液滴，这些液滴将在药物输送和创建合成细胞中发挥有用的作用。这种微滴的自组织可以为生物分子的自组装提供有价值的见解。

在《ACSMacroLetters》杂志上发表的一项研究中，由博士领导的研究小组同志社大学化学工程与材料科学系的学生MayuShono发现，微滴的均匀空间图案是通过聚合物溶液沿着玻璃毛细管的相分离自发产生的。

有趣的是，研究表明，均匀排列的液滴图案在数小时内相当稳定。研究人员将含有聚乙二醇(PEG)、葡聚糖(DEX)和明胶的三聚物水溶液限制在涂有PEG的玻璃毛细管中。他们观察到，随着时间的推移，三相分离，并且DEX和明胶液滴在PEG相中以周期性模式排列。

这种自发自组装排列的发生不需要系统中任何材料或能量的交换，这使其与其他系统区分开来。Shono女士说：“我们一直在进行研究，以明确生物体自组织的基本机制。这项研究的结果是，我们发现了一种产生自组织特征模式的新现象。”

在实验中，研究人员将PEG、DEX和明胶与蒸馏水以5:4:6的重量比混合，制备了三种三聚物水溶液。

为了区分这些分子，他们用荧光标记标记了DEX和明胶。当暴露在特定波长的光下时，这些标记物会发出特定颜色的光，从而使它们能够识别样品中的不同成分。然后将溶液吸入直径为140μm和280μm的PEG涂层毛细管中。

由于优先附着在毛细管表面，PEG立即从溶液中分离出来。DEX和明胶相被内壁排斥，然后形成尺寸增大的液滴。

40秒内，DEX液滴在毛细管中心形成线性排列，120秒后，明胶液滴也这样做。这导致富含DEX和明胶的微滴自我组织、周期性排列，周围环绕着富含PEG的相，形成后可保持八小时。

通过用Cahn-Hilliard方程修改理论模型，通过数值模拟再现了观察到的图案的本质，该方程描述了三种不同聚合物的混合物中相分离空间图案随时间的变化。

通过相分离实现稳定的微图案具有挑战性，因为一般来说，通过相变产生的微滴是不均匀的，并且它们往往会随着时间的推移而塌陷或消失。然而，通过将它们限制在毛细管中，并对其内表面进行适当的化学修饰，研究人员能够长期保存这些图案。

“这里报道的获得均匀液滴的新方法在几个方面都优于当前的微流体，”Shono女士说。

将来，可以研究此类微图案，以深入了解生物分子自组装的机制。此外，它可以帮助开发靶向药物输送和使用原始细胞生产所需的大分子，例如蛋白质和核苷酸。

最近，Shono女士与合作者在《Small》杂志上发表了一篇文章，表明成功地将基因组大小的DNA选择性捕获到均匀排列的液滴中。

Shono女士总结道：“这种图案形成与限制下相分离相结合的情况可能会提供一种新颖的观点，以揭示生命起源的隐藏因素，并揭示膜结构和功能稳定性的潜在机制。活细胞中的细胞器更少。”