在我们的身体里，细胞内常存在一些「没有膜包覆的小液滴」，它们就像微型反应舱，能将特定分子聚集起来，调控基因表现、传递讯号，甚至进行定时定点的材料输送。科学家一直希望能在人工系统中重现这种「既能可控生成、又能定向移动」的液滴，但难度极高——尤其在不使用油相的全水环境中，传统方法往往顾此失彼。

近日，澳门科技大学材料科学与工程研究院李健维副教授团队找到了一条简洁的新路径：他们发现，只要把普通水（H₂O）换成它的同位素「重水」（D₂O），就能大幅加速这类人工液滴的形成；更巧妙的是，当重水与普通水之间形成梯度时，还能像输送带一样驱动液滴定向移动，并在途中装卸「货物」。该研究已发表在国际顶级化学期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）。

重水加速「细胞样液滴」的形成和驱动液滴的定向运动

重水听起来陌生，其实就是把普通水中氢原子（H）替换为质量更重的同位素「氘」（D）。它的化学性质与普通水几乎一样，但分子间的氢键更强、表面张力稍低。正是这两个看似不起眼的差异，带来了意想不到的调控效果。

李健维团队设计了一套多组分的智慧混合液，其中一种成分会在溶液中「现场组装」成疏水分子，这些分子再与带负电的大环分子结合，从而引发液态分层，生成微米大小、类似细胞内部的凝聚层液滴。

实验结果令人惊讶：把溶剂从普通水换成重水后，液滴生成的「等候时间」大幅缩短。原先一个配方在普通水中数小时都难以出现液滴，在重水中约一个半小时即顺利生成；另一个配方则从约 70 分钟缩短至约 36    分钟，且能形成液滴的浓度范围也明显拓宽。

为何如此？团队通过多种精密分析排除了「化学反应速度变快」的可能性，发现关键在于重水强化了分子之间的非共价作用，尤其是疏水相互作用，让分子更容易「抱团」凝聚成核，进而触发相分离。简单说，重水就像一个温和的助推器，让本来摇摆不定的分子群快速聚集。

更引人注目的是液滴的运动能力。由于重水的表面张力低于普通水，当两种水相互接触形成梯度时，会在液体表面产生「马兰戈尼流」（一种因表面张力不均而引发的流动），推动液滴从重水区域朝向普通水区域移动。

团队设计了一个双孔连通的装置，观察到液滴沿着重水－普通水的梯度，持续且定向地迁移，速度是无梯度情况的约 2.7    倍。迁移过程中，这些液滴还能像「微型运输车」一样，携带荧光染料作为货物，并与周围环境交换物质，展现出模拟生命系统中物质传递的潜力。

李健维副教授表示，这项工作最大的特色在于「非侵入」：既不需要改变酸碱值或离子浓度，也不需添加额外的化学燃料，仅凭水的同位素差异，就首次在全水人工体系中同步实现了液滴的「局部形成」与「定向运输」双重功能，一定程度上再现了细胞调控的时空逻辑。这为设计具备自适应能力、更接近生命特征的软物质材料，以及探索原始细胞等合成生物学问题，提供了全新的视角与工具。

研究还发现，这种效应并非普适，若换用结构相近但稍有不同的分子，可能表现出截然不同的行为，说明体系对分子间静电与疏水作用的平衡极其敏感。这也为未来精细调控该类系统留下了丰富的工程空间。

论文资讯：

论文题目：Deuterated Water Accelerates Phase-Separated Droplet Formation and Enables Directional Motion

发表期刊：Journal of the American Chemical Society（《美国化学会志》）

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c03395

通讯作者：李健维（澳门科技大学材料科学与工程研究院 MIMSE）

第一作者：Caihong Lin（芬兰图尔库大学）

其他作者：Jingjing Yu, Dawei Qi, Xuncheng Shi, Tuomas Niemi-Aro

基金支持：澳门特别行政区科学技术发展基金（FDCT，编号 0119/2025/RIB2）、芬兰 Sigrid Jusélius 基金会、芬兰科学院（Academy of Finland，编号    318524）