细胞骨架凝胶收缩的能量学
摘要：胞骨架凝胶是用来在体外重现细胞骨架的机械收缩的原型。它们由聚合物网络（骨架）和液体溶剂的存在而膨胀组成，并且有活性分子（分子马达，MM）将化学能转化为机械收缩的力量。这些马达附着在聚合物链上将其缩短，并/或作为动态交联点，从而限制了链的热波动。我们将这两种机制在热力学上描述为微观结构的重构，其中骨架变硬以促使溶剂（外）流并容纳收缩。通过简单的稳态能量分析，在最简单的各向同性收缩的情况下，我们量化了实现收缩所需的机械能，作为聚合物链密度和分子马达密度的函数。我们确定了两种极端情况：(fm)快速MM激活，其中MMs瞬间提供所有可用的机械能，并使聚合物处于硬化状态，即它们的活动时间尺度远小于溶剂扩散的时间尺度，以及(sm)慢速MM激活，其中MM激活时间尺度要长得多。为了实现相同的最终收缩状态，fm需要每单位参考体积最多的工作量，而sm需要最少的工作量。对于所有中间情况，MM激活的时间尺度与溶剂流动的时间尺度相当，在这些情况下，所需的工作量介于这两种情况之间。我们将所有这些数量作为链密度和MM密度的函数给出。最后，我们将我们的结果与实验进行了比较，并观察到良好的一致性。
作者：Matteo Ferraresso, Albert Kong, Mehadi Hasan, Gwynn J. Elfring, Daniele Agostinelli, Mattia Bacca
论文ID：2211.10021
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-06-26