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　　波動(dòng)熵力源于熱擾動(dòng)，在納米尺度是極為重要的一種普適的長(zhǎng)程力。特別是波動(dòng)熵力在眾多細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮了極為重要的作用。例如，通過(guò)影響細(xì)胞粘附，波動(dòng)熵力能夠充分地調(diào)控癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程。因此，對(duì)波動(dòng)熵力性質(zhì)及其作用的研究構(gòu)成了微/納米尺度科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。然而，波動(dòng)熵力基本的作用規(guī)律及其性質(zhì)尚未完全清楚，是當(dāng)前微/納米尺度科學(xué)研究中的一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。
　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LNM）“生物及仿生材料力學(xué)”課題組助理研究員李龍和研究員宋凡，與國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員合作，以波動(dòng)熵力為切入點(diǎn)，圍繞細(xì)胞粘附的力學(xué)調(diào)控機(jī)制，逐層深入地開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作，并取得系列研究成果。
　?。?）基于彈性力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論，獲得了波動(dòng)熵力（f）的基本力律，得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并進(jìn)一步給出了波動(dòng)熵力的主要力程。在此基礎(chǔ)上證明了，當(dāng)膜間平均距離（c）足夠小時(shí)，Helfrich提出的f ~ c-3力律關(guān)系與Freund提出的f ~ c-1力律關(guān)系分別為本研究結(jié)果的上限與下限，為結(jié)束當(dāng)前關(guān)于波動(dòng)熵力力律的國(guó)際爭(zhēng)論奠定了理論基礎(chǔ) (Acta Mech. Sinica, 2016, 32: 970-975 (AMS 2018 Best Paper Award); Phys. Rev. E, 2017, 95: 012403; Adv. Mech., 2018, 48: 201801; Sci. China. Phys. Mech., 2018, 61: 128711)。
　?。?）在研究了波動(dòng)熵力基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，探究了該熵力在細(xì)胞粘附過(guò)程中發(fā)揮的作用。首先研究了波動(dòng)熵力對(duì)粘附蛋白鍵合作用的影響，建立了考慮波動(dòng)熵力影響的細(xì)胞粘附多尺度模型。研究表明細(xì)胞膜上引入脂筏前后，波動(dòng)熵力對(duì)膜間受體-配體鍵合的影響由抑制作用變?yōu)榱舜龠M(jìn)作用。其本質(zhì)原因在于，在波動(dòng)熵力的作用下，脂筏內(nèi)的蛋白質(zhì)聚集引起的細(xì)胞膜構(gòu)象熵增加。從而揭示了波動(dòng)熵力與脂筏在膜間受體-配體相互作用過(guò)程中的協(xié)同效應(yīng)，為現(xiàn)存的相互矛盾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了新的解釋 (Soft Matter, 2017, 13, 4294-4304; Phys. Rev. E, 2018, 97: 012405; Soft Matter, 2019, 15, 3507-3514 (Cover article))。
　　其次，研究了波動(dòng)熵力對(duì)細(xì)胞粘附過(guò)程中粘附蛋白分布的影響，構(gòu)建了多尺度計(jì)算模型及平均場(chǎng)理論模型。研究結(jié)果顯示，由于粘附蛋白在脂筏區(qū)內(nèi)鍵合前后的平動(dòng)熵?fù)p失量小于在非脂筏聚集區(qū)內(nèi)鍵合前后平動(dòng)熵的損失量，使得受體-配體的鍵合作用促進(jìn)了脂筏聚集相變，進(jìn)而引起粘附蛋白的聚集。理論分析結(jié)果表明，波動(dòng)熵力會(huì)使得受體-配體結(jié)合體間產(chǎn)生吸引作用。借助粘附蛋白與脂筏間的親和性，波動(dòng)熵力可以進(jìn)一步促進(jìn)脂筏聚集相變與粘附蛋白聚集(Nano Lett., 2020, 20, 1: 722-728)。文章一經(jīng)發(fā)表，“納米人”即對(duì)該項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行了專欄報(bào)道，指出“即使在非吸附膜中大尺度的團(tuán)簇是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，細(xì)胞間受體-配體結(jié)合和膜的形狀波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致受體在粘附膜內(nèi)聚集?！?br/>　　以上研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(11472285, 11902327, 11972041)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）(XDB22040102)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0501601)等資助。
　　圖1 理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比以及膜間距c很小時(shí)，波動(dòng)熵力f 的上限值和下限值
　　圖2 對(duì)于均質(zhì)膜系統(tǒng)（細(xì)胞膜上無(wú)脂筏，僅含有粘附蛋白），波動(dòng)熵力抑制了受體-配體鍵合（子圖），而在含有脂筏的多組分膜系統(tǒng)中，波動(dòng)熵力促進(jìn)了受體-配體鍵合
　　圖3 波動(dòng)熵力促進(jìn)了蛋白質(zhì)聚集與脂筏相變：對(duì)于平板膜系統(tǒng)，此時(shí)膜間無(wú)波動(dòng)熵力，脂筏發(fā)生相變時(shí)所需的脂筏間吸引力為0.88U0*。引入波動(dòng)熵力后，即對(duì)于波動(dòng)膜系統(tǒng)而言，該值降為0.81U0*