基于液-液相分离的复杂凝聚液滴具有大分子拥挤的液态微环境，能够招募生物分子、建立内外化学梯度以及为复杂生化反应提供限域环境等，因此成为备受关注的人工细胞模型。然而，由于凝聚液滴不具有界面膜结构，凝聚液滴对外界分子的摄取缺乏选择性；同时为降低界面能，液滴容易发生融合现象，这导致利用凝聚液滴构建复杂人工细胞以及建立细胞间相互作用的研究存在挑战。

在国家自然科学基金委、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所高分子物理与化学实验室乔燕课题组开展了人工细胞的构筑及其类细胞行为的研究，取得了系列研究进展（Nat. Chem. 2024, 16, 158; J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 12576; Sci. Adv. 2021, 7, eabf9000; Nat. Commun. 2021,12, 6113）。

最近，该课题组通过在凝聚液滴的界面组装金属-有机框架（MOF）纳米颗粒，开发了膜包被的凝聚液滴人工细胞。凝聚液滴的组分能够与MOF形成多重相互作用如静电和配位作用等，从而驱动MOF纳米颗粒在凝聚液滴界面的组装，形成仿生膜。有趣的是，生物大分子如蛋白质能够通过嵌入MOF内部或物理吸附在MOF表面，从而在人工细胞膜上进行分布和富集，这种性质模拟了整合膜蛋白和外周膜蛋白的行为。人工细胞的MOF膜可以调控生物酶和底物分子的空间分布，从而实现了对多种酶促反应速率和反应路径的调节。进一步，课题组构建了具有类细胞器结构的人工细胞和人工组织，丰富了人工细胞的结构层次，并在不同亚区室之间和人工细胞之间建立了化学信号的处理与传递。相关研究结果发表于Nature Chemistry期刊上（Nat. Chem., 2025, DOI:10.1038/s41557-025-01827-7）。论文第一作者为姬杨丽敏博士，通讯作者为乔燕研究员。

具有仿生细胞膜结构的人工细胞和人工组织

高分子物理与化学实验室

2025年6月9日