皮肤是人体最大的器官，其弹性与紧致度由真皮层中的成纤维细胞精密调控。这些细胞通过膜上的整合素等受体，分泌并组织胶原蛋白和弹性蛋白纤维，构建出赋予皮肤机械强度和弹性的层级网络。随着年龄增长，受体活性下降、膜组织退化，皮肤逐渐失去弹性。成纤维细胞在皮肤真皮层中扮演着合成工厂的角色，通过膜结合配体精确调控细胞外基质的形成与重塑。传统的合成聚合体囊泡膜通常由密集缠绕的疏水聚合物链组成，结构均质、静态，难以实现生物膜那样的动态异质功能。因此，如何用人工材料模拟生命体成纤维细胞的这一核心功能，极具科学挑战性。

图1 乙烯基型烷烃分子与木质素共组装的扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）图像。下方是不同配体小分子HCOOMol、MeCOOMol、HCONHMol 和 MeCONHMol 在木质素囊泡（TEM）的界面分布图。

  北京林业大学彭锋教授和郝翔副教授团队在前期成功构筑仿细胞器纳米木质素基础上（ Advanced Material. 2024, 36, 2311073；Advanced Functional Material. 2025,2420731.），进一步利用木质素与双烯分子配体共组装，成功构建了仿成纤维细胞聚合体囊泡，实现了布尔逻辑门（AND、OR、NOT）编程的凝胶力学性能精准调控，并进一步结合3D打印技术构筑了多层生物皮肤架构。

  2026年6月13日，相关研究以“Fibroblast-Mimetic Lignin Polymersomes for Logic Gated Synthesis of Mechanically Reconfigurable Bioskins” 发表在Angew. Chem. Int. Ed. ，并被编辑选为“Hot Paper”。新疆大学教师王海荣和北京林业大学刘旭静博士为论文共同一作，北京林业大学郝翔副教授和彭锋教授为共同通讯作者。

  木质素富含芳香环和亲水性酚羟基，可自组装成囊泡结构，由于其疏水核心由π-π堆积的苯环构成，相对较弱的相互作用力使得小分子配体能够自适应插入并进行非共价共组装，从而构建具有动态功能的异质膜。通过配体分子工程，囊泡的孔喉尺寸和官能团空间分布得以精确调控（图1）。配体的末端取代基（-H或-CH?）和连接基团（-COO-或-CONH-）被定义为输入，凝胶化状态被定义为输出。界面-C=C-的可及性是将配体结构转化为凝胶/溶胶响应的分子开关。

• AND门（-H + -COO-）：囊泡表面暴露高密度乙烯基，形成坚韧水凝胶，断裂强度达75 kPa，媲美年轻人类皮肤；

• OR门（-H/-CH? + -CONH-）：两种配体均保留表面可及的-C=C-键，均可形成力学稳定的凝胶，断裂伸长率高达1600%，代表中年人弹性皮肤；

• NOT门（-CH? + -COO-）：乙烯基被埋藏在组装体内部，无法交联，仅形成流动溶胶，模拟皮肤衰老失去弹性；

图2. a) 由“–H”和“–COO–”构成的“与门”（AND gate）；b) HCOOMol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) MeCOOMol分散液的示意图及NOTCOO溶胶的照片，以及分别由ANDgel和NOTsol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ORgel的照片。

  这种逻辑门控行为在不同配体体系中均得到验证，展示了良好的普适性（图2）。分子动力学模拟揭示了不同配体导致截然不同凝胶化行为的根源。在Me-COO-体系中，-C=C-基团被隔离在核心内部，溶剂可及表面积趋近于零；而在Me-CONH-体系中，-C=C-和酚羟基的溶剂可及表面积相当（分别为96.54和90.12 nm2）。分子工程精确调控了反应性-C=C-键的空间分布和界面可及性——而这正是逻辑门控凝胶化的分子基础。基于逻辑门控凝胶体系，团队进一步实现了高精度3D打印多层生物皮肤架构。通过数字光处理技术，研究团队成功打印了AND@OR双层凝胶，两层之间界面紧密结合、无分层，在扭转、打结、拉伸等各种变形条件下均保持完好。更重要的是，利用该体系实现了微米级高精度皱纹图案的打印，成功仿生了皮肤的微观纹理。木质素聚合体囊泡在其中充当光子调制器，减少光散射，保证了打印精度。

  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。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.6127627