中大新聞網(wǎng)訊（通訊員彭飛）振蕩在生命系統(tǒng)中普遍存在，包括晝夜節(jié)律、生物鐘、酵母中周期性的糖酵解通量和Min蛋白的振蕩。這種振蕩過(guò)程通常涉及多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的耦合，是一種由反饋回路引起的非平衡現(xiàn)象，在兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)之間切換。細(xì)胞將攝取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為供生命系統(tǒng)運(yùn)行的燃料，隨著燃料的消耗和反饋過(guò)程提供的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)變化，亞穩(wěn)態(tài)得以維持，耗散的電化學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)得以實(shí)現(xiàn)，從而促進(jìn)了生命系統(tǒng)整個(gè)生命過(guò)程中的生理反應(yīng)。人們對(duì)振動(dòng)行為的理解和工程合成振蕩運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)物產(chǎn)生了極大的興趣。例如基于Belousov-Zhabotinsky反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)的化學(xué)-機(jī)械振蕩，光誘導(dǎo)的機(jī)械振蕩等。然而，大多數(shù)振蕩是由外部場(chǎng)（脈沖光或交流電信號(hào)）的變化觸發(fā)的。這需要復(fù)雜的設(shè)備和控制過(guò)程。其他振蕩通常涉及化學(xué)反應(yīng)的周期性變化。
中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭飛副教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種Cu@MoS2微馬達(dá)振蕩器，該振蕩器在恒定的能量輸入下顯示振蕩運(yùn)動(dòng)，并同步心肌細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)協(xié)同Ca2+振蕩（圖1A-C）。在恒定的紫外光或可見(jiàn)綠光輸入下，Cu@MoS2微馬達(dá)通過(guò)消耗純水自發(fā)地表現(xiàn)出振蕩運(yùn)動(dòng)，光腐蝕（產(chǎn)生H+離子）和光催化（消耗H+離子）競(jìng)爭(zhēng)共存。微馬達(dá)集體向光源方向振蕩（圖1B）。研究發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子的周期性波動(dòng)在Cu@MoS2微馬達(dá)的振蕩中起著關(guān)鍵作用，其振蕩節(jié)律與環(huán)境中H+的產(chǎn)生和消耗密切相關(guān)。由于質(zhì)子梯度是ATP合成、鈣轉(zhuǎn)運(yùn)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心，振蕩系統(tǒng)可以與心肌細(xì)胞共培養(yǎng)，以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中質(zhì)膜電位、Ca2+反應(yīng)和ATP水解（圖1C）。
細(xì)胞震蕩周期示意圖
該工作題為“Water Powered Cu@MoS2 Micromotor Swarm for a Collaborative Oscillation of Living Cells”，發(fā)表于Matter。中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2021級(jí)博士研究生高超為獨(dú)立第一作者，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭飛副教授為通訊作者。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，廣東省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238523004198
