分离技术对于工业制造、治理水污染及其他领域至关重要，但是目前的分离技术使用的薄膜较厚、分离能耗高，因此效率低下。近日，来自华盛顿大学、西北太平洋国家实验室和华东师范大学的研究人员发明了一种比肥皂泡“皮”还薄的薄膜，发生损坏后可以像活细胞中的细胞膜一样进行自修复，相关研究成果以“Self-Repair andPatterning of 2D Membrane-Like Peptoid Materials”为题发表在Advanced Functional materials上。值得注意的是，研究人员能够接近原子级尺度，将不同的基团精确地以图案形式嵌合在薄膜上。

    ▲薄膜自修复过程

    研究团队详细地描述了薄膜的自修复过程及原理，使我们距离设计和开发类似的工业用薄膜又更近了一步。例如，科学家们可以利用这种自修复性及可修饰性开发具有大表面积的薄膜，这意味着这些薄膜用途广泛，同时不同的基团性质给它添加了额外的功能。

    二维材料在过滤、传感、纳米电子器械等领域越来越受关注，而本研究中的这种细胞膜样薄膜材料由一系列叫做类肽的分子组成，类肽是一组序列特异性的高分子，其中不同的化学基团按照一定的规则有序排列，这些高分子可以自组装形成二维晶体材料，具有与基于脂质的细胞膜相似的性质。

    这些高分子由甘氨酸衍生物合成，通过引入特殊的侧基，可以控制性成薄膜的分子间的相互作用。同时，与自然多肽组装而成的薄膜相比，这种薄膜具有更高的热稳定性和化学稳定性。但是要模拟细胞膜的功能谈何容易，仅仅与细胞膜相似结构特征还不够，还需要薄膜能够重新配置官能团的精确定位及与其他类肽共组装引入新功能以及自修复功能。

    通过使用原位原子力显微镜剖开薄膜并显示薄膜随后的修复行为，研究人员发现这种2D薄膜确实可以进行自修复，并且可以在正电或者负电基底上再组装，甚至可以在缺少基底的情况下再组装。

    通过AFM探针，研究人员在水面的薄膜上创造了宽10 nm、长度从几纳米-微米不等的缝隙，随后薄膜通过在缝隙中引入新的类肽高分子开始进行自修复。修复过程中，缝隙两端的薄膜会往缝隙中间靠近，直到缝隙被消除。修复的速率决定于缝隙的方向。同时，研究人员还能够通过改变溶液pH或者是加入的聚合物数量控制修复速度。

    这种薄膜极薄、表面化学结构易控制，因此在从下到上的自组装纳米半导体、电路及分子选择性滤膜等领域具有很大的潜力。

    研究人员认为这种薄膜有助于防止太阳能电池、水清洁、化学传感、工业及产能催化材料中的高能耗反应。

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责任编辑：王元

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