科学家们第一次建立了一个合成生物系统，其中包含真实细胞等隔室。马萨诸塞州阿默斯特大学的这个陆军项目可以为物资提供新的途径来为士兵提供药物，治疗伤口和净化水。
陆军研究办公室是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一个组成部分，为该项目提供资金。该研究发表在Chem，利用电荷差异创造了一种全水性水包水结构，可在合成生物系统中实现区域化。
这种在环境友好和生物兼容的全水系统中编程稳定结构和化学功能的能力将为陆军提供前所未有的前所未有的能力。该项目产生的知识可适用于未来的全液体电池技术，水净化或伤口处理以及现场药物输送。“
Runnerstrom表示，这项研究可以促进水中稳定和生物相容的材料的开发，这对于士兵来说可能意味着，该领域的材料可以预装药物，如血液凝固因子。通过工程刺激，例如打开包装并应用伤口敷料，可以制造这些水包水结构以释放药物。
马萨诸塞大学阿默斯特分校的博士后研究员Ganhua Xie使用了两种聚合物水溶液，一种是聚乙二醇，一种是PEG和水，另一种是右旋糖酐和水，具有不同的电荷;它们可以组合但不混合，如熔岩灯中的非混合蜡和水。
接下来，谢用针将高速喷射的葡聚糖加水溶液送入PEG-plus-water溶液，该论文的主要作者Thomas Russell博士称，“3D水印水。 “该操作产生了凝聚膜稳定的水性或充水小管，其中管的路径长度可以是数千米。3D水包水印刷形成凝聚层的膜层，将两种溶液分开。
“我们的研究结果表明，操纵和改善连续分离和分区反应的新机会，”马萨诸塞大学阿默斯特分校和劳伦斯伯克利国家实验室高分子科学与工程系杰出教授拉塞尔说。“我觉得我们制定了一种模仿活细胞行为的策略。我认为这是第一次证明这一点。”
“它有效地形成了一个二极管，一个单侧门，”谢说。“我们可以在这个管子或囊内做出反应，产生一个带正电荷的分子，只能通过凝聚层扩散到正相。如果我们正确设计系统，我们可以通过充电轻松分离出来，所以它可以是用于全水分区反应系统中的分离介质。我们还可以触发一个反应，使反应级联反应，就像我们体内发生的一样。“以这种方式形成的水管的另一个特征是电荷调节材料是否以及在何种方向上可以通过凝聚层膜。带负电的染料或其他分子只能通过不对称膜的带负电荷的壁，同样也可以通过带正电荷的材料。
Xie解释说，3D水上印刷可以让他们指向放置这些域的位置。
“我们可以构建具有正/负/正层的多层结构。我们可以使用囊状结构作为反应室，”他说。
通过区室化分离细胞中的功能和材料的优点包括允许一次发生许多过程，许多不同的化学环境共存以及不兼容的组分并排工作。
在其他测试和实验中，研究人员报告了他们如何设计一个全水管状系统，并在每端连接针头和注射泵，使水能够泵送通过整个结构而不会泄漏，从而形成流通协调反应系统。
“一旦我们完成了它，我们就会看到生物模仿，”拉塞尔说。“模仿生物系统已经做了很多努力，生物学家可能会反对并说这太简单了。但我确实认为即使它涉及简单的材料，它仍然有效。它非常靠近脉管系统，它模仿任何化学物质流过膜的地方。它是否存在于体内?不，但它确实模仿了真正的新陈代谢过程，是一种分隔反应。
“在这项研究中，生物模拟方法有很多力量，其中某些分子或离子可以被划分，就像在真实细胞中一样，不使用任何有机溶剂或油，只需要水，”Runnerstrom说。“这可以为我们提供新的途径，以更加可控的方式为和平民提供药品和药品。”
标签： 合成生物系统
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