文章创新点
本文介绍了一种受天然热致界面膜启发的新型气液界面膜制备方法，该方法具有广泛的蛋白质适用性，尤其适合用于丝蛋白纳米微纤界面涂层的制备。所制备的蚕丝纳米纤维界面膜具有良好的力学性能，能够实现自支撑，并且可以通过简单的捞具捞取法从气液界面被捞出与转移。此外，该界面膜还体现出与亲水基材牢固的结合力，良好的透明性以及有序的层状组装结构。本文系统阐明了其成膜机理，实验结果表明，蒸发驱动的界面浓缩效应与表面张力梯度所引发的马拉戈尼效应共同主导了蛋白质材料的成膜过程。该界面膜可作为生物防污涂层，抑或是通过荧光功能复合实现防伪等多领域应用。
文章背景
气液界面膜的涂层制备技术因其操作便捷、工艺可持续且易于功能化等显著优势，近年来在功能涂层设计领域备受关注。传统的铺展剂驱动方法通常需要有机溶剂作为辅助，这与蛋白质水溶液体系不兼容。同时，铺展剂的引入还可能对生物相容性产生负面影响，从而限制其在生物医用领域的应用。因此，开发一种适用于蛋白质，尤其是丝蛋白微纤的绿色、纯水系界面膜制备策略成为当前研究的重点方向。
文章概述
基于上述背景，复旦大学生物大分子课题组受如豆皮等天然热致界面膜材料制备方式启发，设计并制备了丝蛋白微纤基热致界面膜。该界面膜不仅具有有序的层状组装结构，而且具有良好的自支撑性，可以通过捞具捞取并转移至亲水基材，此外，形成的界面膜还具有良好的透明性与基材结合性(图1)。
图1 丝蛋白微纤热致界面膜制备与展示: (a) 不同组装方式的丝蛋白微纤材料选择; (b) 丝蛋白微纤热致界面膜制备流程; (c)和(e)则分别展示了捞具上捞取的界面膜与转移至不同亲水性基材(木浆纸、浮法玻璃和硅片)的染色界面膜。
文章还对该界面膜的微观组装形貌，力学性能以及成膜机理进行了相关探究(图2)。该界面膜表现出明显的横向无规搭接，纵向层状组装的形貌特点，且因此相较于抽滤微纤膜更高的力学性能。此外，该气液界面膜厚度与加热时间曲线存在平台区-正相关的变化趋势，与传统组装膜存在差异。猝冷-冻干后的微观形貌也表明界面膜在捞取时为凝胶态，且其浓度与底层溶液存在差异。
图2 丝蛋白微纤界面膜的微观组装形貌，力学性能以及成膜机理探究: (a) 和 (b) 分别展示了膜的平面与截面形貌; (c) 热致膜与抽滤膜的纳米压痕曲线对比l; (d) 膜的厚度随捞取时加热时间的曲线; (e) 猝冷后冻干的膜SEM图; (f) 膜与底层溶液的浓度差异; (g) 捞具面积对微纤溶液水膜稳定性的影响; (h) 热处理后H-SNF热致界面膜的自支撑性示意图(三种驱动力：局部凝胶化、表面张力与纤维的内部搭接)。
文章在提出界面浓缩效应与表面张力梯度所引发的马拉戈尼效应共同驱动丝蛋白微纤成膜机理后，探究了该界面膜与二维材料Mxene的协同成膜性能与相关的生物防污性能(图3)。
图3 (a) 热蒸发驱动形成层状组装的丝蛋白微纤热致界面膜示意图; (b) SNF-Mxene水分散液的TEM图像; (c) 捞具上的SNF-Mxene复合热诱导界面膜; (d) 干燥SNF-Mxene薄膜的截面SEM图像；(e) 纯硅片基底(对照组)与转移有界面膜的硅片基底在三种常见生物污染(牛奶、油脂和胎牛血清)中浸泡24h后清洗的表面脏污情况对比。
本文在充分验证该成膜机理对于如大豆蛋白等常规球蛋白的适用性后，进一步通过与荧光多肽复合探究了该界面膜的复合稳定性与相应的荧光防伪性能(图4)。该界面膜不仅可以有效的与荧光多肽复合共组装成膜，而且能够通过疏水相互作用提升疏水荧光多肽的水分散性以及相应的pH响应性。此外，该复合界面涂层的批次重复性也得到了充分的验证，确保其实用性。最终制备得到的荧光界面膜可以作为表面涂层，利用掩膜法实现图案化，并稳定附着在选定的基材上，实现良好的荧光防伪效果。
图4 (a) 螺吡喃-GAGAGAGY荧光肽的结构示意图；(b) SNF与荧光肽复合界面膜平面表面的SEM图像；(c) 和 (d) 展示了纳米纤维-肽复合溶液与纯肽溶液在碱性范围内不同pH值下的荧光强度曲线；(e) 相同加热时间但从同一溶液不同批次捞取的纳米纤维-肽复合膜的荧光强度曲线；(f) 浮法玻璃基底上纳米纤维-荧光肽图案化涂层的白/黑背景照片及其在紫外光激发下的图案荧光效果。
总体而言，本论文提出的热致成膜机理具有广泛的蛋白质适用性与基材适用性，为突破传统单分子层组装的局限提供了可能性，实现了从纳米纤维到球蛋白的多尺度成膜，为蛋白质基材料的界面工程提供了新的思路。
博士研究生刘易是该论文的第一作者，邵正中教授为通信联系人。
原文信息：
Thermally induced transferable silk nanofibrils-based gas-liquid interfacialfilms: formation and applications.
Liu, Y.; Chen, X. Y.; Miao, B. L.; Ming, M. D.; Lin, Q. R.; Shao, Z. Z.
Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 1001–1011.DOI: 10.1007/s10118-025-3315-9
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