细胞膜形貌演化的力电耦合行为研究

细胞与亚细胞结构的许多生物学行为都与力学因素密切相关，而力学过程又往往与化学、电学等其他效应相互耦合。构建合适的理论与计算方法，描写细胞的多场耦合行为、揭示其中的物理规律，具有重要的理论与应用价值，也是本项目的目标所在。我们对细胞及其内部结构的几个多场耦合问题开展了比较系统的研究。.首先，构建了一套描写细胞膜力电耦合变形的理论框架。根据所发展的力电耦合液晶模型，结合Ginzburg-Landau相场法等方法，可以高效计算多物理场、动边界下细胞膜泡的形态演化，并分析了在电场载荷作用下膜泡形态的稳定性。.其二，发展了自洽场方法，用以模拟脂质体的自组装行为。通过对不同环境下脂质体与纳米粒的自组装行为的模拟，分析了控制自组装结构的形状和尺寸的方法。.其三，发展了描写细胞粘附的力化学耦合模型。通过实验证明了整合素内吞在细胞粘附中的重要作用。基于实验结果，建立了一个基于分子机制的细胞粘附模型模型，可以反映基底弹性对整合素状态以及细胞粘附的影响。.第四，针对细胞骨架微管力化学耦合的动态行为，建立了一个粗晶化模型。模型考虑了GTP水解等化学因素的影响，能有效描写微管在生长过程中的形貌和能量演化，据此确定了微管生长的稳定性机制。