协同调控自组装膜的形态及其功能是细胞模拟领域的一个具有挑战性的研究领域。目前，一个两难困境是难以像细胞那样通过单一变量操纵膜各向异性变形和膜理化性质（例如渗透性、电导率）的协同变化与依存关系。  

近日，复旦大学高分子科学系闫强课题组报道了一种SO₂气体信号分子响应的聚合物囊泡系统。通过在聚合物中引入特殊的花菁侧基，在赋予聚合物对SO₂气体高灵敏、特异性、可逆性应答能力的同时，驱动囊泡膜随SO₂水平进行各向异性的一维拉伸运动，进而获得了可精确调节的膜选择性渗透性，成功建立了质膜双轴不对称系数与膜表面孔径之间的协同变化关系，实现了对囊泡内多种负载物质的程序化跨膜输运能力，在一定程度上模拟了真实细胞的复杂跨膜交通（图1）。  

  图1. SO₂驱动的聚合物囊泡的膜变形行为及其可调膜渗透性

通过对SO₂响应的分子机理和聚合物自组装相变规律进行详细研究发现，通过“吸入”SO₂气体，聚合物侧链上花菁结构的微小变化会引起膜组装驱动力的巨大转变，从π-π相互作用逐渐转变为氢键相互作用，诱导囊泡膜发生轴向拉伸，逐步变形为管状体。在这一SO₂气体塑形过程中，研究人员发现单一囊泡对SO₂气体的呼吸深度（SO₂浓度）可以良好控制膜的延展程度，而这种膜的弹性反过来又能决定膜选择透过性的动态变化。因而通过预先设定SO₂刺激程序编辑聚合物囊泡的变形动力学过程，可以实现膜表面纳米孔洞尺寸的连续扩大，从而根据膜内负载物的分子尺寸管理多种货物的选择性跨膜交换过程。

图2. SO₂浓度调控的聚合物囊泡膜选择透过性与多重负载物质的跨膜输运

该工作不仅证实了质膜的各向异性变形行为可成为一种精确控制膜选择透过性的新途径，也为创建气体信号分子调节的仿生细胞体提供了新方法。

相关工作以“Cyanine Polymersomes Inbreathe Gas Signaling Molecule: SO₂-Driven Bilayer Tubular Deformation for Transmembrane Traffic Regulation”在线发表在Angewandte Chemie International Edition上，复旦大学为第一完成单位，高分子科学系2019级直博生李雪凤为第一作者，高分子科学系闫强教授为通讯作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、青年拔尖人才项目的资助。

论文信息：

https://doi.org/10.1002/anie.202305290

Cyanine Polymersomes Inbreathe Gas Signaling Molecule: SO₂-Driven Bilayer Tubular Deformation for Transmembrane Traffic

Xuefeng Li, Yixin Wang, and Qiang Yan*

Angew. Chem. Int. Ed. 2023, DOI: 10.1002/anie.202305290