💡这项突破是什么?
皮肤老化伴随弹性逐渐丧失，成纤维细胞通过膜结合配体精细调控细胞外基质的力学特性。如何人工模拟这一功能，实现从分子到宏观尺度的精准调控，是材料科学的前沿挑战。近日，材料学院彭锋教授团队受成纤维细胞启发，提出了一种木质素与二乙烯基配体共组装构筑仿生聚合物囊泡的策略，成功实现逻辑门控编程的机械可重构生物皮肤材料。
木质素作为植物源富含芳香环和酚羟基的天然聚合物，可通过π-π堆积自组装形成中空囊泡结构。团队利用其疏水空腔，将系列二乙烯基小分子配体非共价插入木质素芳香环层间，通过分子工程调控配体界面分布和反应性乙烯基的可及性。借助分子动力学模拟与多种实验表征，揭示了酯基（-COO-）和酰胺基（-CONH-）连接基对配体插层、界面亲疏水及乙烯基暴露程度的差异化调控机制。基于此，研究引入布尔逻辑门（AND、OR、NOT）概念，将配体结构特征与凝胶化输出相关联：H-COO-体系因乙烯基充分暴露形成高强度AND-凝胶（断裂强度达75 kPa，接近年轻人体皮肤）；Me-COO-体系因乙烯基埋藏于内部表现为NOT-溶胶；而酰胺体系则形成OR-凝胶，具有优异延展性（断裂伸长率高达1600%）。不同逻辑门的力学性能可随配体碳链长度、囊泡孔径等参数连续调节。
图1 a) 由“–H”和“–COO–”构成的“与门”（AND gate）；
b) H-COO-Mol分散液及交联形成的AND-gel，以及其孔喉调控的力学性能；
c) 由“–CH3”和“–COO–”构成的“非门”（NOT gate）；
d) Me-COO-Mol分散液的示意图及NOT-COO-溶胶的照片，以及分别由AND-gel和NOT-sol引发的材料的频率扫描研究；
e) 由“–H”和“–CH3”与“–CONH–”构成的“或门”（OR gate）及OR-gel的照片
进一步，研究团队将该逻辑门控体系与数字光处理3D打印技术结合，成功制备双层AND@OR-凝胶仿生皮肤结构，层间界面结合紧密，无剥离现象，拉伸强度达175 kPa，断裂伸长率1100%。该生物皮肤兼具优异抗紫外屏蔽率（UVA>90%）、长效抗菌活性（对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌杀灭率>95%）及抗氧化能力。此外，AND-凝胶在0–2 kPa低压区间灵敏度高达16.3 kPa⁻¹，可高保真采集肌电信号，性能优于商用凝胶电极，展现出在可穿戴生物电子和皮肤接触材料领域的广阔前景。
以上研究以“Fibroblast-Mimetic Lignin Polymersomes for Logic Gated Synthesis of Mechanically Reconfigurable Bioskins” 为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.，被编辑选为“Hot Paper”。
材料学院博士王海荣（现新疆大学工作）和材料学院博士生刘旭静为论文共同第一作者，材料学院郝翔副教授和彭锋教授为共同通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金（22478035）、国家杰出青年科学基金（3225034）、新疆人才发展基金项目（XJRC-2025-KJ-YJ-CXPT-132）和中央高校基本科研业务费专项资金（QNTD202507）等项目的支持。
