Для тех, кто создает материалы с новыми свойствами, такими как более высокая прочность или самовосстановление, способность искусственных клеток воспринимать возможное повреждающее событие и реагировать на него показывает возможность изменения структуры материала в ответ на стресс.
В биологии клетки используют множество механизмов, чтобы справляться с внезапными изменениями в окружающей их среде.
Например, когда уровень растворенных молекул питательных веществ (e.грамм., сахар) в водянистой среде клетки падает, вода поступает в клетку посредством осмоса. Белковые каналы в клеточной мембране высвобождают лишнюю воду, предотвращая катастрофическое расширение и разрыв клетки. Хотя биологический процесс достаточно хорошо изучен, преобразование этой устойчивости в синтетические материалы остается серьезной проблемой. Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе возглавили команду с технологическим университетом Наньян, которая продемонстрировала аналогичный тип механизма управления осмосом с помощью просто сконструированных капсул с поверхностно-активным веществом.
Они обнаружили, что гигантские капсулы образовывались из смесей липидов (i.е., мылообразные молекулы жира, которые составляют мембрану капсулы) отреагировали на внезапное падение количества сахара в окружающей воде. Ответ включал реорганизацию молекул мембраны, чтобы менее чем на секунду открылось отверстие, через которое выходила лишняя вода. Интересно, что в этом процессе использовался механизм пульсирующего рисунка. С каждым импульсом высвобождалась небольшая часть избыточного содержимого, и происходило циклическое изменение текстуры искусственной клетки, похожее на дыхание.
Эта автономная способность ощущать изменение окружающей среды и регулировать структуру в петле обратной связи в простых капсулах с поверхностно-активным веществом весьма удивительна. Кроме того, исследование показало, что далекие от равновесия процессы самосборки, включающие энергетический и молекулярный обмены между структурой и ее локальной средой, возможны для простого композита, образованного из поверхностно-активных веществ, воды и сахара.
С точки зрения разработки подходов к прогнозированию и формированию синтетических материалов, наблюдения показывают, как химическая энергия, накопленная в соседних регионах с неравномерным распределением растворенных молекул, может использовать процессы, полученные из биологии, для стимулирования структурной реорганизации для продвинутых функций.