第一作者：Hao Wan

通訊作者：Maria M. Santore

通訊單位：美國馬薩諸塞州大學

論文速覽

本文研究了在二維彈性流體中成核、生長和集成的二維晶體的形態，這些晶體通常存在于巨大囊泡膜中。晶體形態的形成受到力學、滲透性和熱收縮的相互作用的影響。為了減少固體應變，晶體傾向于形成消失的高斯曲率（即可展域形狀），同時在周圍的二維流體中產生增強的高斯曲率。

然而，在冷卻生長晶體時，較大的囊泡由于其較小的表面積與體積而經歷更大的膨脹和張力。結果，在大囊泡上形成了更復雜的形狀，如具有可彎曲但不可伸展花瓣的花朵，盡管它們的曲率更漸進，而小囊泡則包含緊湊的平面晶體。

這種尺寸依賴性與已知的在剛性球形模板上生長的二維膠體晶體的應變能累積效應相反。通過膜內力學和處理的相互作用，指向可控復雜形狀的柔性分子晶體的可擴展生產。

圖文導讀

圖1：在不同大小的囊泡上生長的固體晶體的形態。這些晶體具有六方對稱性，從凸六邊形到高度非凸的星形和花形不等。

圖2：晶體形狀與囊泡尺寸的依賴性。通過實驗觀察了不同尺寸囊泡上的晶體形狀，并建立了晶體形狀與囊泡尺寸之間的關系。

圖3：通過熒光顯微鏡和相差顯微鏡展示了囊泡形狀與固體形狀之間的關系。

圖4：通過模擬展示了不同花瓣/核心比例的復合囊泡的形狀，以及它們的平均（H）和高斯（KG）曲率分布。

圖5：固體域形狀（14%固體含量）的預測狀態空間囊泡膨脹和大小的函數。

圖6：通過微吸管抽吸技術評估了膜張力。

總結展望

本研究闡明了在彈性二維流體中生長的二維晶體形態是如何通過彎曲能量和線條張力之間的競爭來控制的，這種競爭顛覆了人們對于曲率半徑控制球模板上晶體生長形態的預期。囊泡的熱膨脹系數和滲透性等額外特性，允許系統地控制張力，從而在不同尺寸的囊泡中操縱二維晶體的形態。

研究表明，通過利用磷脂等二維膜流體的物理屬性，可以控制地生產特定形態的二維晶體，并且無需改變化學組成就能選擇這些形態。這項研究不僅對生物細胞膜的組織有潛在影響，而且為加工用于傳感、光學和電子應用的薄膜晶體提供了新的途徑。

文獻信息

標題：Flower-shaped 2D crystals grown in curved fluid vesicle membranes

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47844-x