阿道夫·默克尔研究所(AMI)的研究人员与国际合作者共同开发出一种新方法，可以制造出模仿生物细胞膜结构和功能的薄能量转换膜。这一发现可能在从可植入的人造电器官到海水淡化等领域具有重要应用。

新技术利用水相双相体系的界面来形成和稳定这些膜。通过仔细控制两种不相溶的水基溶液与这些膜相对两侧相互作用的条件，研究人员制造出了厚度仅为35纳米但可以覆盖面积大于10平方厘米且没有缺陷的膜。

“这种方法利用有利的相互作用来稳定超薄自组装结构，这些结构至少比以前大一千倍，”AMI生物物理实验室前组长、助理教授AlessandroIaniro说。

该方法采用嵌段共聚物(BCP)，即由两个或多个不同聚合物片段组成的高度可调聚合物，在两相界面形成双层。由此产生的膜表现出卓越的机械性能和自修复能力，使其坚固耐用，适合实际使用。

这些人造膜复制了天然细胞膜的选择性离子传输功能。通过加入天然运输肽，这些膜实现了高离子选择性，使它们能够从不同盐的溶液中产生电能。此功能的灵感来自鳐鱼和其他电鱼的发电器官，它们使用类似的原理来发电。

《自然》杂志报道了这一进展，它可能在各个领域具有重要应用。在能源存储方面，这些膜可以推动开发用于存储电能的大型设备。在海水淡化方面，它们可以提供高度选择性的屏障，有效地将离子从水中分离出来。

在透析等医疗治疗中，膜选择性过滤离子的能力可使治疗过程更加高效，创伤更小。最后，这些膜还可用作植入式电源，利用人体代谢能量不断充电。

“这一进展使我们之前开发鱼类启发的人工发电器官的愿望向生物相容性电源迈进了一大步。最终，我们的目标是这些人造系统将紧密模仿生物有机体的复杂功能并与之互动，”AMI生物物理学系主任MichaelMayer教授说。

这些膜的未来迭代可能会包含更高效的离子通道，从而实现与电鳐等生物系统的电器官相当的性能水平。这些膜的可扩展性还表明，它们可以制成大面积，以提高其传输速率，并且可以堆叠以创建更大的系统，用于高价值分离或发电和储存。

这项研究由AMI的生物物理学小组领导，与达姆施塔特工业大学的NicoBruns的可持续功能聚合物小组、巴黎萨克雷大学的理论和计算机模拟小组、洛桑联邦理工学院的生物和纳米仪器实验室以及AMI的聚合物化学和软物质物理小组合作。

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