研究人员利用在活细胞内发现的生物构建模块,创造了一种可以自行移动的材料。
研究人员首先制作了一种凝胶,该凝胶包含微管——一种刚性的聚合物丝,在活细胞中,它充当驱动蛋白的引导轨道,驱动蛋白是一种“马达蛋白”,它通过细胞燃料ATP沿微管电缆推进。“这就像轮胎,”马萨诸塞州沃尔瑟姆市布兰代斯大学的物理学家兹沃尼米尔·多吉奇说,他是这项研究的负责人。在混合物中添加少量聚合物促使微管形成束并创建一个移动网络。研究人员发现,含有这种凝胶的水滴在没有外力的情况下,在油乳液和平坦表面上可以连续移动。
每个ATP分子推动一个驱动蛋白分子沿微管轨道向前移动8纳米。当数千个驱动蛋白沿着多个微管隆隆作响时,一个直径为100微米的水滴在接触到平坦表面时会自发地开始滚动。
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英国剑桥大学的生物物理学家雷蒙德·戈尔茨坦说:“这是一项惊人的进步,因为它产生了宏观尺度的运动。”
在一系列视频中,例如上面和下面的视频,多吉奇和他的团队记录了微管束生长、弯曲、屈曲、断裂和再次生长的循环阶段。他们还发现,流体移动的速度随着ATP浓度的增加而增加。
研究“活性流体”的理论物理学家和生物化学家对创造一个相对简单、真实的系统来检验他们的理论感到着迷,这些理论在很大程度上局限于模拟,尽管一些实验性模型系统确实存在。印度海得拉巴塔塔基础研究所的物理学家斯里拉姆·拉马斯瓦米预计,随着其他实验学家在多吉奇团队的工作基础上进行研究,这个新系统将支持关于活性流体的理论思想,甚至可能“做一些我们理论家没有预料到的事情”。