一個(gè)新的橡皮筋會(huì)拉伸，但隨后會(huì)彈回原來(lái)的形狀和大小。再次拉伸，效果相同。但是，如果橡皮筋是由一種能夠記住它是如何拉伸的材料制成的呢?正如我們的骨骼會(huì)因撞擊而增強(qiáng)，由這種材料制成的醫(yī)療植入物或假肢可以適應(yīng)環(huán)境壓力，例如在劇烈運(yùn)動(dòng)中遇到的壓力。
芝加哥大學(xué)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在正在探索一種在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的材料的特性，這種材料使細(xì)胞能夠記住和應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力。在 2021 年 5 月 14 日發(fā)表在Soft Matter上的一篇論文中，他們揭開(kāi)了它如何工作的秘密——以及它如何有朝一日成為制造有用材料的基礎(chǔ)。
稱為肌動(dòng)蛋白絲的蛋白質(zhì)鏈充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的骨骼，而稱為交聯(lián)劑的獨(dú)立蛋白質(zhì)家族將這些骨骼固定在一起形成細(xì)胞骨架。研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)劑的最佳濃度(結(jié)合和解離以允許肌動(dòng)蛋白在壓力下重新排列)使這種骨骼支架能夠記住并響應(yīng)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)。這種物質(zhì)記憶稱為滯后。
“我們的研究結(jié)果表明，肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)的特性可以通過(guò)細(xì)絲的排列方式來(lái)改變，”物理系研究生 Danielle Scheff 說(shuō)，他在 Margaret Gardel 的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了這項(xiàng)研究，Horace B. Horton 物理學(xué)教授和分子工程、詹姆斯弗蘭克研究所和生物物理動(dòng)力學(xué)研究所。“這種材料通過(guò)變得更堅(jiān)固來(lái)適應(yīng)壓力。”
為了了解這種細(xì)胞支架的組成如何決定其滯后作用，Scheff 將含有肌動(dòng)蛋白的緩沖液(從兔肌肉中分離出來(lái))和交聯(lián)劑(從細(xì)菌中分離出來(lái))混合在一起。然后她使用一種稱為流變儀的儀器對(duì)溶液施加壓力。如果在一個(gè)方向上拉伸，交聯(lián)劑允許肌動(dòng)蛋白絲重新排列，在同一方向上加強(qiáng)抵抗隨后的壓力。
為了了解滯后如何取決于溶液的稠度，她將不同濃度的交聯(lián)劑混合到緩沖液中。
令人驚訝的是，這些實(shí)驗(yàn)表明，在最佳交聯(lián)劑濃度下滯后最為明顯;當(dāng)她添加更多交聯(lián)劑時(shí)，溶液表現(xiàn)出更大的滯后性，但過(guò)了這個(gè)最佳點(diǎn)，效果再次變得不那么明顯。
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