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马明明

 

        我的主要研究领域是仿生智能材料。仿生智能材料是一类新型的功能材料,具有类似生物体的一些功能,比如特异性识别、刺激响应性、自我修复等。仿生智能材料可以被看作是一类“活”的材料,有望在生物医学、自动控制及传感器、微电子及微机械系统等领域得到广泛的应用。

 

        我们要设计仿生智能材料,首先要了解生物体的某一种功能是如何实现的,尤其在微观层面上的机理是什么,然后我们可以模仿这样的机理,设计简化的模型体系,用合成的材料来实现这样的功能。大家知道,细胞膜融合是受精、激素分泌、神经信号传递、病毒入侵细胞等很多生命现象中的关键步骤,受到多种蛋白-蛋白以及蛋白-小分子相互作用的调控。脂质体是一种由磷脂膜构成的空心微球,可以模拟细胞膜的行为。我们设计合成了可嵌入脂质体的小分子配体和受体,通过配体-受体的分子识别作用实现了脂质体的选择性融合,可以作为细胞膜融合的模型体系。通过对这一模型体系的详细研究,我们阐明了脂质体融合过程在动力学和热力学上的一些必要条件和调控因素,有助于加深对细胞膜融合过程的认识。在此基础上,我们尝试把抗癌药物装入脂质体,在脂质体表面加上可以识别癌细胞的功能分子,希望通过脂质体与癌细胞的融合把抗癌药物更有效的运送到癌细胞内部,从而杀伤癌细胞,并且尽量降低对正常细胞的影响。

 

        我们的另一个有趣的工作是水分蒸发驱动的柔性发电机。有一些植物细胞,比如含羞草和捕蝇草的叶柄处的细胞,能够通过对水分的吸收和释放产生快速的运动。我们设计合成了一种聚合物薄膜,可以通过对环境中水分的吸收和释放产生快速并且持续的往复运动,将环境水分蒸发产生的浓度梯度(化学势能)转换为薄膜运动的机械能。将此薄膜与有机压电薄膜组装成一个柔性发电机,在室温水分蒸发的驱动下,可产生峰值电压超过1伏的交流电信号。我们正在努力提高发电机的能量转换效率,目标是可以为用于环境监测的低能耗传感器供电。

 

         简而言之,我的工作就是模拟生物体系的结构和机理,运用合成化学和超分子自组装的手段,构建具有感知、驱动和控制特征的仿生智能材料,并探索其应用。

 

        马明明,1980年出生,分别于2001和2003年在清华大学化学系获学士和硕士学位。2010年在美国俄亥俄州立大学化学系获博士学位。2010至2014年在美国麻省理工学院从事博士后研究工作。2013年入选中组部第五批“青年千人”计划,2014年加入中国科学技术大学化学与材料科学学院,任教授、博士生导师。

 

        马明明在仿生智能材料领域开展了创新性的工作。博士工作期间,设计实现了一系列小分子诱导脂质体特异性融合的模型体系,阐明了脂质体融合过程的动力学和热力学特征,对研究细胞膜上的分子识别及其调控膜融合过程的机理有重要意义,并且为靶向药物输送载体的设计提供了新思路。博士后工作期间,设计并制备了一种对水分快速响应的聚合物材料,利用该材料设计制作了世界上第一个室温水汽蒸发驱动的全聚合物柔性发电机,能够从环境水分蒸发过程中收集能量并转化为可以利用的电能。迄今已发表高水平论文19篇,申请美国专利2项。柔性发电机的相关工作发表在Science上,被美国麻省理工学院评选为“MIT Best of 2013”。

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