Science：开发出能够量单个红细胞的热流量的新方法

熵（entropy）通常与无序和混乱联系在一起，但在生物学中，它与能量效率有关，并与维持生命的一系列化学反应---代谢密切相关。

如今，在一项新的研究中，来自巴塞罗那大学、帕多瓦大学、哥廷根大学、康普顿斯大学和佛朗西斯科德维多利亚大学的研究人员开发出一种在纳米尺度上测量熵产生的新方法。这种新方法使得他们能够测量单个红细胞的热流量（heat flow），即熵产率（entropy production rate）。相关研究结果发表在2024年3月1日的Science期刊上，论文标题为“Variance sum rule for entropy production”。

这些作者采用了一种新方法来测量红细胞内活跃的代谢力量所产生的热流量，具体而言就是通过简单地观察红细胞膜的连续和不规则波动来定量确定增加的熵。

为了确保这种方法有效，他们还创造了更复杂的方法，即在红细胞膜上粘上微米大小的胶体颗粒，这样不仅可以用来测量红细胞膜的波动，还可以施加微小的力，这种力只需用光线照射这些胶体颗粒即可产生。

这些胶体颗粒——悬浮在流体中的小固体颗粒，可以被视为测量和操纵活细胞膜运动的绝佳方法。在利用实际的红细胞进行计算时，他们使用了基于直接光学操纵细胞膜的实验方法，同时还使用了光学传感和超快活体成像显微镜。

哥廷根大学生物物理研究所的Timo Betz教授说，“我们开发了一种实验，利用光子（我们指的是光线）轻柔地握住红细胞，使微妙的热流量不会受到光线的干扰，但仍足以测量它的影响。”

论文通讯作者、巴塞罗那大学纳米科学与纳米技术研究所的Felix Ritort教授解释说，“热量是细胞健康的一个症状，这一发现可能为确定组织健康状况开辟新的途径。确定生命系统中熵产生的特征对于了解能量转换过程的效率至关重要。”

图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adh1823

人们对测量物理和生物系统中的熵产生非常感兴趣，因为它们与许多其他系统息息相关。Betz说，“这一突破对我们了解生命系统中的代谢和能量传输具有深远影响。此外，这些发现还可能被证明有助于健康和医学领域的应用，或为开发利用受控的熵产率对微小的外部刺激做出反应的新型智能材料提供指导。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

I. Di Terlizzi et al. Variance sum rule for entropy production. Science, 2024, doi:10.1126/science.adh1823.

Researchers develop first heat map for individual red blood cells
https://phys.org/news/2024-03-individual-red-blood-cells.html