科研团队研发微马达振荡器，调控细胞震荡运动

振荡在生命系统中普遍存在，包括昼夜节律、生物钟、酵母中周期性的糖酵解通量和Min蛋白的振荡。这种振荡过程通常涉及多个复杂系统的耦合，是一种由反馈回路引起的非平衡现象，在两个或多个动态稳态之间切换。细胞将摄取的营养物质转化为供生命系统运行的燃料，随着燃料的消耗和反馈过程提供的非线性动态变化，亚稳态得以维持，耗散的电化学信号传导得以实现，从而促进了生命系统整个生命过程中的生理反应。人们对振动行为的理解和工程合成振荡运动的对应物产生了极大的兴趣。例如基于Belousov-Zhabotinsky反应和非氧化还原反应的化学-机械振荡，光诱导的机械振荡等。然而，大多数振荡是由外部场（脉冲光或交流电信号）的变化触发的。这需要复杂的设备和控制过程。其他振荡通常涉及化学反应的周期性变化。

中山大学材料科学与工程学院彭飞副教授团队设计合成了一种Cu@MoS2微马达振荡器，该振荡器在恒定的能量输入下显示振荡运动，并同步心肌细胞以实现协同Ca2+振荡（图1A-C）。在恒定的紫外光或可见绿光输入下，Cu@MoS2微马达通过消耗纯水自发地表现出振荡运动，光腐蚀（产生H+离子）和光催化（消耗H+离子）竞争共存。微马达集体向光源方向振荡（图1B）。研究发现，质子的周期性波动在Cu@MoS2微马达的振荡中起着关键作用，其振荡节律与环境中H+的产生和消耗密切相关。由于质子梯度是ATP合成、钙转运和信号转导的核心，振荡系统可以与心肌细胞共培养，以诱导心肌细胞中质膜电位、Ca2+反应和ATP水解（图1C）。

细胞震荡周期示意图

该工作题为“Water Powered Cu@MoS2 Micromotor Swarm for a Collaborative Oscillation of Living Cells”，发表于Matter。中山大学材料科学与工程学院2021级博士研究生高超为独立第一作者，中山大学材料科学与工程学院彭飞副教授为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金资助项目，广东省杰出青年科学基金项目，国家重点研发计划项目的支持。