近日，加拿大維多利亞大學Katherine S. Elvira等人在Nature Chemistry上回顧和展望了液滴界面雙層研究領域的挑戰和機遇。
關于基本生物機制化學的未解決問題通常會推動新分析技術的發展。一個這樣的例子是使用液滴界面雙層 (DIB) 作為分析和量化膜過程的工具。DIBs 是一種人工雙層，由兩親分子在周圍不混溶（通常是油）相中的兩個水滴之間的界面處形成。
DIB中的每個液滴實際上是人工雙層兩側的一個隔室，因此可用于量化穿過雙層的分子傳輸。從經典的角度來看，可以說DIB解決了其他模型膜系統的許多缺點，如脂質體和黑色脂質膜（BLM）。DIB更容易制造，它們的形成可以使用微流體技術實現自動化，它們可以被布置成創建復雜的網絡，展現出與細胞和組織中發現的相似的涌現特性，并且可以用與一些人類細胞相似的體積制造。它們還具有模仿真實細胞膜特征的潛力，例如不對稱和曲率。然而，對該領域不利的是，DIB通常由一種合成磷脂（1,2-二苯基-sn-甘油-3-磷酸膽堿，DPhPC）制成，主要用于被動或通過膜孔研究熒光染料的轉運，如α-溶血素、阿拉米霉素、短桿菌肽和細菌視紫紅質。對所有DIB的已發表文章的定量分析表明，過去15年來，對DIB形成和使用的研究一直在穩步增長。
圖|DIBs的形成和結構
在該綜述中，作者討論了該領域最近的工作，這些工作開始展示這些模型膜的潛力，以實現膜過程的量化，例如蛋白質轉運蛋白的行為和體內藥物運動的預測，以及它們作為用于電生理測量的支架。作者還強調了使液滴界面雙層充分發揮其作為人工細胞的潛力以及作為量化分子運輸的生物分析平臺所面臨的挑戰。
圖|DIBs 研究分子運輸
最后，作者詳細分析了關于該領域的一些未來潛在研究機會
過去十年表明，DIB 是多功能的仿生模型雙層，適用于從蛋白質轉運研究到人造細胞的應用。使用手動或微流體方法易于形成 DIB 意味著它們有可能成為廣泛使用的模型膜系統。然而，很明顯，它們尚未充分發揮其潛力。作者相信，以下研究領域的進展將成為未來幾年這些系統開發和應用的關鍵驅動力。
1）基本雙層行為。目前仍缺乏對單層和 DIB 形成的動力學和力學的基本化學洞察力。
2）仿生人工細胞。細胞是復雜的實體。DIB 可以作為定制的人工細胞，可以自下而上構建，以量化細胞膜每個成分的行為。
3）技術發展。微流體技術使該領域取得了許多新進展。
4）檢測方法。廣泛采用DIB 作為模型膜來量化分子行為的最大障礙之一是目前對熒光顯微鏡的依賴。對于形成 DIB 的微流體方法來說尤其如此，因為從微流體裝置中去除液滴以進行分析是一項不平凡的任務。需要新的測量技術來量化更廣泛分子的片上（和片外）分子轉運。
未來可期
展望未來，相信這些進步將使DIB能夠用于許多新應用。通過利用工程 DIB 網絡的電學特性，我們可能能夠組裝更復雜的結構，例如用作可調諧生物傳感器的邏輯門。通過微流體技術的進步，我們可以建立相互連接的 DIB 3D 網絡，以創造用于醫學科學的新生物材料。
我們還可以想象一個未來，包括用于藥物發現的自動化合成和測試平臺，其中藥物的組合合成以液滴的形式進行，然后將液滴聚集在一起形成DIB，通過含有不同類型脂質和轉運蛋白的定制人工細胞膜測試分子攝取。我們期待在接下來的十年中回顧 DIB 是否確實充分發揮了潛力。
圖|用于藥物轉運應用的自動 DIB 測定
參考文獻：
Stephenson, E.B., Korner, J.L. & Elvira, K.S. Challenges and opportunities in achieving the full potential of droplet interface bilayers. Nat. Chem. 14, 862–870 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41557-022-00989-y
