生物膜如同细胞的“皮肤”，不仅包裹着细胞本体，还包围着在代谢和细胞分裂中发挥关键作用的细胞器。长期以来，科学家们已基本了解生物膜的构建原理及水分子在维持相邻膜间最佳距离中的作用。近期，德国慕尼黑工业大学和柏林自由大学的研究团队借助计算机模拟，揭示了两种不同机制共同阻止相邻膜表面发生粘连的分子基础。相关成果发表在权威期刊《PNAS》上。
生物膜由蛋白质和脂质镶嵌组成，脂质分子具有双亲性结构，即亲水的极性头部和疏水的非极性尾部，使其在水溶液中自发形成脂双分子层。当两层膜的水溶性表面相距过近时，水合排斥力（hydration repulsion）产生，阻止膜表面直接接触，维持膜间存在仅数纳米厚的水层。然而，水合排斥力在分子层面的具体作用机制此前尚不明确。
本研究详细阐述了水合排斥的两种不同机制及其重要性。研究发现，当两层生物膜间距离约为1纳米或更大时，水分子通过形成稳定的水合层，发挥类似缓冲器的作用，将膜推开，防止其粘连。而当膜间距离更短时，膜表面的脂质分子通过抑制自身的移动性，增强彼此间的排斥力，从而进一步阻止膜的粘附。
这一发现不仅深化了我们对细胞膜稳定性和细胞器功能的理解，也为未来设计人工膜系统及药物递送载体提供了理论基础。
