这项研究由Zhigao Wang, Yao Chen, Xuyuan Li, Lifeng Wang, Bernard P. Binks, 和Tao Wang共同完成。其中Z. Wang, Y. Chen和L. Wang隶属于南京财经大学食品科学与工程学院、现代粮食流通与安全协同创新中心以及粮油质量控制与加工重点实验室；X. Li和T. Wang隶属于江南大学食品科学与技术学院；B. P. Binks来自英国Hull大学化学系。该研究发表于2025年的《Small》期刊，DOI为10.1002/smll.202408770。
本研究聚焦于双连续结构(bicontinuous structures)的设计与应用。双连续结构是一类复杂的三维互穿结构，具有优化的连接性和较高的比表面积，较为常见于自然界中多种尺度结构，例如细胞内膜系统和海洋珊瑚。这种几何属性赋予材料优异的机械性能和高效的质量传递能力，因而在吸附、催化、储能等领域有着重要应用。然而，现有研究中，人工合成生物类双连续结构的进展仍较为有限，尤其是在利用生物大分子形成具有尺度均匀性的双连续结构方面。
基于此，该研究旨在通过菜籽蛋白—十字花球蛋白(rapeseed cruciferin, RC)纳米颗粒为原料，设计一种新型双连续气凝胶(aerogels)，这一研究的目标包括：1）通过表面化学调控使RC纳米颗粒具有两性特性，实现其在油-水界面上的均衡润湿；2）合成稳定的双连续乳液作为模板；3）通过冻干技术将乳液转化为双连续气凝胶；4）探讨这些气凝胶在重金属离子吸附中的应用潜力。
研究分为以下几个阶段，每个阶段中涉及特定实验设计和新方法的开发：
实验中通过特定试剂标记(如用阳离子表面活性剂修饰的金纳米颗粒)和透射电镜对JaPro的表面化学性质进行表征，并量化其三相接触角(three-phase contact angle)。添加Tween-20可进一步优化颗粒的水润湿能力，控制酰化程度和颗粒的表面两性行为。
双连续乳液的制备和表征
通过高剪切混合仪对一定浓度的JaPro溶液和油-水混合物进行高速乳化，研究发现油体积分数和JaPro浓度是决定乳液结构类型（油包水，水包油，双连续乳液）的关键因素。根据黏度、三相接触角及稳定性的测量，研究者构建了乳液相图，并利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）拍摄观察其三维形态，进一步通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)分析双连续结构尺寸参数。
双连续气凝胶的制备及性能表征
调整双连续乳液中的挥发性液体（水和甲苯）的配比，乳液经稳定化（如戊二醛交联）后通过冻干技术转变为双连续气凝胶。扫描电子显微镜（SEM）揭示了气凝胶微孔的精细交织结构，表面积和孔隙率通过布鲁瑙尔–埃默特–特勒(BET)吸附法测定，压缩实验用于评估气凝胶的机械性能。
重金属离子吸附的性能评估
研究选取镉(Cd²⁺)、铅(Pb²⁺)和铜(Cu²⁺)作为污染物目标，探讨双连续气凝胶的吸附能力和重复使用性能。结合X射线光电子能谱（XPS）及分子对接模拟，分析吸附机理和不同金属离子的结合位点。此外，研究考察了pH值、剂量、温度等因素对吸附容量和效率的影响。
JaPro纳米颗粒的成功合成：
通过琥珀酸酐酰化，研究团队实现了高效生成具有两性特性的JaPro纳米颗粒，当酰化程度达到0.16%时，其三相接触角达到理想值90°，实现了水-油相的等润湿，使之适应形成双连续乳液。
双连续乳液的构建：
双连续乳液的生成需要在油体积分数为30%-50%、JaPro颗粒浓度为9-11 mg/ml的特定参数下进行。通过优化条件，得到的乳液呈现均匀特征结构，其FFT分析证实微结构尺度在数十微米范围内，并具有一致的特征尺度(d*)。
双连续气凝胶的优异特性：
转化为气凝胶后的材料显示出高机械强度（弹性模量和抗压性提升23%）和优质的孔隙性能，比表面积高达224 m²/g，孔隙率达89%。
重金属吸附能力优越：
气凝胶对Cd²⁺的最大吸附量为173.24 mg/g（Langmuir模型拟合），pH最优值为8.0，结合位点饱和后吸附效率接近90%，并在30分钟内达成吸附平衡。重复吸附实验显示，气凝胶具备优良的稳定性和可重复使用性能。
本研究在蛋白质纳米颗粒及其双连续结构材料的开发领域具有重要意义。通过调控表面化学性质，研究实现了双连续气凝胶的绿色合成，为蛋白质废料（如菜籽粕）的高值化赋能提供了全新路径。这些气凝胶不仅在水体重金属污染治理中展现了卓越性能，还为食品、化妆品及医药领域的多功能吸附材料开发开辟了新的可能。
该研究不仅展示了生物蛋白基大分子材料在材料科学中的创新潜力，还为解决当前环境污染问题提供了实际可行的解决方案。这项工作不仅推动了双连续结构材料的研究进展，还提高了生物废弃物利用的理论和实际价值，具有显著的社会和科学意义。