液滴界面在加工、输运及微流控等过程中，通常会经历反复压缩、拉伸以及界面面积和曲率的动态变化。因此，理想的界面不仅需要具备足够的机械强度以维持结构稳定，还应具有快速响应外部形变的能力，以适应液滴形态的动态变化。然而，传统界面往往难以兼顾这两种特性：过高的界面刚性会限制分子重排与网络重构，难以及时释放和耗散外部应力；而过强的界面流动性则不利于维持稳定的网络结构，容易导致界面失稳。因此，如何实现界面机械稳定性与动态可重构性的协同，构筑兼具高强度与快速形变适应能力的油水界面网络，是亟待解决的关键科学问题。此外，考虑到低碳可持续发展及生物相容性需求，利用生物基大分子构筑和稳定乳液界面具有独特优势。然而，生物基大分子的可修饰位点及可选择的功能基团相对有限，限制了界面相互作用与网络动态行为的精准调控，使得基于生物基大分子构筑兼具高机械强度、快速形变适应性和动态可重构性的油水界面网络面临更大挑战。

图1. 仿生结构设计示意图：刚性β-sheet结构与柔性高分子链对应蜘蛛网的骨架与丝线，SF与CS-RL之间的疏水作用形成类似渔网节点的可逆连接。

  2026年10月14日，东华大学毛晓卉青年研究员、刘浩研究员联合加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授等，在 Advanced Functional Materials 发表题为“In Situ Interfacial Assembly of Dynamic Semi-Interpenetrating Biopolymer Networks for Robust and Mechanically Adaptive Droplet Interfaces”的研究论文。论文第一作者为张亚平博士。此外，该工作得到了华东理工大学徐弋凯教授、东华大学冯训达教授和郑州大学张凌副教授的支持。

  该工作将具有丰富β-sheet结构的丝素蛋白(silk fibroin，SF)与鼠李糖脂改性壳聚糖(rhamnolipid-modified chitosan，CS-RL)进行分步原位界面组装，在油水界面构筑兼具机械稳定性和快速形变适应能力的动态半互穿生物聚合物网络。首先，通过预老化使SF发生构象重排并形成富含β-sheet的界面骨架，第二步将具有较高界面活性的CS-RL引入预形成的SF界面层。β-sheet富集区域提供相对刚性的承载单元，且通过疏水作用与CS-RL 形成动态可逆连接节点，柔性的SF链和CS-RL则通过静电吸引作用。该刚柔相济的半互穿网络使界面膜(semi-interpenetrating biopolymer network，semi-IPN)在受到外力时能够发生快速重排。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

仿生设计：蜘蛛网骨架+渔网节点

  研究团队受到蜘蛛网“刚性骨架+柔性丝线”以及渔网“节点锁定”结构的启发，提出分步界面组装策略。首先，通过预老化使SF发生构象重排并形成富含β-sheet的界面骨架，第二步将具有较高界面活性的CS-RL引入预形成的SF界面层。β-sheet富集区域提供相对刚性的承载单元，且通过疏水作用与CS-RL 形成动态可逆连接节点，柔性的SF链和CS-RL则通过静电吸引作用。该刚柔相济的半互穿网络使界面膜在受到外力时能够发生快速重排。倒置悬滴实验显示了组装顺序的重要性。对于未预老化的SF，油滴在SF水相中放置30 min后基本没有明显屈曲，说明尚未形成足够完整的界面膜；加入CS-RL并继续平衡后，界面开始出现明显屈曲。相比之下，预老化12 h的SF在界面上已经能够形成膜状结构，但没有快速形状适应能力。 进一步加入CS-RL后，界面不仅出现明显屈曲，而且表现出突出的形状自适应能力。原本近似球形的液滴被吸入针管，再重新释放后，可在数秒内重新调整为管状形态而不发生明显破裂，在反复抽吸–释放过程中，液滴也能够持续调整形状并保持界面完整性。

图2. 油水界面网络的原位组装、屈曲行为及界面流变性能。SF预老化并与CS-RL分步组装后，界面表现出明显的屈曲和快速形变适应能力。

  相比于未老化的SF和CS-RL（即SF (t=0 h)/CS-RL），老化后的SF和CS-RL（即SF(t=12 h)/CS-RL）体系表现出较为完整的网络状界面和较厚的界面膜。SF(t=12 h)/CS-RL界面具有明显的黏性响应，说明网络在保持承载能力的同时仍存在持续的结构重排和能量耗散过程。

图3. SF/CS-RL界面的多尺度结构表征：CLSM显示两组分在界面上的连续共定位，AFM扫图与cryo-SEM进一步揭示了更厚、更连续的界面膜。

  这种界面网络表现出显著的乳液稳定作用。SF(t=12 h)/CS-RL稳定的乳液在室温下储存15个月后仅发生轻微浓缩，平均液滴尺寸由40.6±14.1 μm增加至52.2±12.6 μm，液滴在光学显微镜下仍保持分散状态。相比之下，SF(t=0 h)/CS-RL乳液在14 天后即出现明显分层。研究还发现，“预形成SF界面骨架--随后引入第二组分”的策略并不局限于CS-RL，加入带正电的PEI或溶菌酶同样可以显著提高SF(t=12 h)体系的稳定性，说明这种组装逻辑具有一定普适性。在功能层面，SF(t=12 h)/CS-RL界面能实现姜黄素的持续释放。在中性、酸性和碱性条件下，该体系均表现出较慢的表观释放过程，并在酸碱环境中仍能维持较长时间的持续释放。此外，利用该网络的动态特性，200 nm荧光聚苯乙烯纳米颗粒逐渐穿过SF(t=12 h)/CS-RL网络从水相进入乳化的油相，而界面并未发生整体破坏。该结果表明，界面网络的局部重排不仅有利于液滴形状适应，也可用于纳米颗粒的跨界面传输与富集。

  小结

  总体而言，这项工作将天然高分子的构象演化、界面吸附以及可逆分子作用结合起来，在油水界面构筑了兼具机械完整性和动态重构能力的半互穿生物聚合物网络。其核心并不是简单增加界面层的刚度，而是利用β-sheet富集SF形成主要承载框架，再通过CS-RL的界面引入和可逆相互作用增加动态连接，使界面在液滴发生较大变形时仍能快速调整。这样的设计对于液滴微流控、受限/多孔介质中的乳液输运、高剪切乳液加工，以及需要长期保护和可控释放的乳液体系具有潜在意义，也为天然高分子界面的强韧化与动态化提供了新的思路。

  论文题目：In Situ Interfacial Assembly of Dynamic Semi-Interpenetrating Biopolymer Networks for Robust and Mechanically Adaptive Droplet Interfaces

  第一作者：Yaping Zhang

  通讯作者：Hongbo Zeng, Hao Liu, Xiaohui Mao

  期刊：Advanced Functional Materials

  作者单位：东华大学；加拿大阿尔伯塔大学

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79047

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