Chemical reaction to mechanical motion towards the physio-chemical model of heart cells.
对心脏细胞的物理化学模型的机械运动的化学反应。
基本信息
- 批准号:2106272
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2018
- 资助国家:英国
- 起止时间:2018 至 无数据
- 项目状态:已结题
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- 关键词:
项目摘要
Living systems are complex, and are based on the basic building blocks of genes, proteins, chemical reactions, and physical forces. Yet, out of this complexity, with remarkable robustness and precision, cells orchestrate the cooperative action of thousands of specific molecular reactions and interactions to carry out mechanical tasks. For example, 100 billion heart cells can synchronise their oscillation to generate a single pulse. To understand the fundamental principles that govern cooperative processes in living systems, it is of critical importance to develop an understanding of the underlying physio-chemical processes, because living systems are also subject to laws in physical systems. Such inherently non-equilibrium processes suggest approaches for developing biomimetic active materials which can transform chemical energy to mechanical energy. Being actively driven, these materials can exhibit properties such as autonomous motility and self-organised beating. The aim of this project is to understand the fundamental microscopic mechanism of the transformation from chemical to mechanical reactions, and develop a physio-chemical model to study the mechanism of the synchronisation in relevant biological systems. We will combine the following three approaches; 1. Perform physical chemical experiments with active gel beads immersed in an electrolyte solution, and characterize the amplitude and frequency of the active gel beads. 2. Develop a hybrid molecular dynamics/Monte Carlo (MD/MC) simulation method to understand the microscopic mechanisms of the interplay between osmotic pressure and dynamical behavior of active gels. 3. Develop the physio-chemical model of relevant biological systems, using the obtained microscopic understanding from 1) and 2). Such chemo-mechanical systems to convert chemical oscillation of the reaction to mechanical changes in gels can lead to development of smart biomimetic gels for drug transportation and mechanical assistance purposes.
生命系统是复杂的,并且基于基因、蛋白质、化学反应和物理力的基本构建块。然而,在这种复杂性之外,细胞以惊人的鲁棒性和精确性协调了数千种特定分子反应和相互作用的合作行动,以执行机械任务。例如,1000亿个心脏细胞可以同步它们的振荡以产生单个脉冲。为了理解生命系统中控制合作过程的基本原则,理解基本的物理化学过程至关重要,因为生命系统也受物理系统中的定律的约束。这种固有的非平衡过程提出了开发可以将化学能转化为机械能的仿生活性材料的方法。在主动驱动下,这些材料可以表现出自主运动和自组织跳动等特性。该项目的目的是了解从化学反应到机械反应转变的基本微观机制,并开发一个物理化学模型来研究相关生物系统的同步机制。我们将联合收割机结合以下三种方法:1.用浸在电解质溶液中的活性凝胶珠进行物理化学实验,并表征活性凝胶珠的振幅和频率。2.开发混合分子动力学/蒙特卡罗(MD/MC)模拟方法,以了解渗透压和活性凝胶动力学行为之间相互作用的微观机制。3.利用从1)和2)中获得的微观理解,开发相关生物系统的物理化学模型。这种化学-机械系统将反应的化学振荡转化为凝胶中的机械变化,可以导致用于药物运输和机械辅助目的的智能仿生凝胶的发展。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Delayed Mechanical Response to Chemical Kinetics in Self-Oscillating Hydrogels Driven by the Belousov-Zhabotinsky Reaction.
- DOI:10.1021/acs.macromol.1c00402
- 发表时间:2021-07-13
- 期刊:
- 影响因子:5.5
- 作者:Geher-Herczegh T;Wang Z;Masuda T;Yoshida R;Vasudevan N;Hayashi Y
- 通讯作者:Hayashi Y
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