（上圖）陳伸升博士（左）及其博士生吳宗培（右）

生物界的液－液相分離過程，例如貝類粘附在岩石上，只需要幾秒到幾十秒，但在實驗室模擬這一過程，往往需要數十分鐘甚至更久。香港科技大學的團隊成功解析了其中的分子自組裝過程，破解了這個長期困擾科學界的謎題。研究成果已發表於《自然－通訊》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41467-026-68296-5

研究背景

液－液相分離（liquid–liquid phase separation）與多種生物學現象密切相關，例如無膜細胞器的形成、衰老相關疾病的進展、海洋生物的水下附著等。

過去，熱力學路徑常用於描述從稀溶液開始的、相對緩慢的凝聚液滴粗化動力學，其凝聚域（condensed domain）隨時間增長的冪律關係為 t^1/3。對於對稱混合物，凝聚域的生長已被證明遵循此經典的液滴粗化機制。

然而，聚電解質複合凝聚（水溶液中帶相反電荷的聚電解質通過靜電締合驅動 LLPS）卻有所不同。有不少實驗發現，向濃縮且充分混合的聚電解質溶液施加光照或改變 pH 環境，可令相關反應加快，在幾分鐘內實現完全相分離。不過其中潛在的動力學路徑和標度律的定量研究，尚未得到充分探索。

研究成果

科大化學及生物工程學系助理教授陳伸升博士，此前已提出修訂數十年來關於帶電聚合物體系液滴粗化的經典理論，證實帶電聚合物（包括大多數無序蛋白）的動力學，遵循一套截然不同的路徑和標度律。而現在，陳伸升博士及團隊與加州理工學院合作，利用定制模擬平台同時追蹤超過一百萬個帶電粒子，首次完整模擬了液－液相分離的整個過程，並明確模擬了其中的流體動力學和靜電作用力。

團隊發現，模擬自然界的「通量路徑」（即分子在目標點混合）時，可以創建一個電化學高速公路，通過強烈的靜電吸引作用，以驚人的速度驅動組裝過程，其中的凝聚域隨時間動態增長，遵循冪律關係 t²/³，然而經典理論預測的值僅為 t¹/³，此一差異導致了自然界和實驗室的巨大時間差：自然界形成一個半厘米的粘附液滴僅需 10 秒，而若使用傳統的熱力學路徑，模擬估算的結果是需要超過 47 年。

（a）貽貝產生水下黏合劑時，通量路徑與凝聚過程相關性的示意圖；
（b）通量路徑的初始配置；
（c）在通量路徑下單次模擬中凝聚層的時間演化，其中灰色曲線代表傳統熱力學路徑以作比較

陳伸升博士表示，本研究在前所未有的長度和時間尺度上模擬了整個組裝過程，使相關研究超越了理論層面，成功揭示大自然如何實現驚人的組裝速度。這一成果為即時生物相容性外科黏合劑、可編程智能材料等研發有重大意義。

研究團隊

論文第一作者為科大博士生吳宗培。共同通訊作者為陳伸升博士、加州理工學院化學工程學系王振綱教授。

來源：香港科技大學

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