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Angewandte Chemie: 信号驱动活性物质转角运动的系统设计理论

发布者:王颖发布时间:2020-03-24浏览次数:675作者:高庆宇


    近日,在国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、我校学科办和国际合作处支持的“双一流”和ESI学科建设项目、原国家外专局“一带一路”国际合作项目和学校分析与测试中心等的支持下,我院高庆宇课题组与美国Brandeis大学同行在软活性物质运动功能方面合作研究的理论成果“Programmed Locomotion of an Active Gel Driven by Spiral Waves”在化学化工顶级学术刊物《Angewandte Chemie International Edition》上在线发表(https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202000110)。在课题组前期研究工作(Angew, 201755,14301-14305;PNAS, 2017, 114: 8704-8709)构建信号驱动活性物质从前后直线反转控制和自发往返周期运动思想和理论的基础上,进一步利用螺旋波信号驱动活性物质,建立了任意转角运动和及其复合运动的设计方案和理论。我院博士后任林和博士生王丽媛为论文的共同第一作者。

前后直线往返运动和转角运动是生物运动的基本模式,为维系生物的生存和功能起着重要作用。在非平衡人工系统中实现以上仿生运动功能并获得系统设计理论是基础研究面临的重要挑战之一。在近期系列研究中,课题组发现信号系统动力学分岔是驱动活性物质运动方向转变的内在根源:(1)反转运动来自信号动力学同宿分岔(PNAS, 2017, Science Advance, 2020)或边界驱动(Angew, 2007);(2)转角运动产生于螺旋信号的螺旋波尖漫游分岔(Ange. Chem. Int. Ed., 2020)。

通过调节光强诱导体系的动力学同宿分岔来设计周期性往返运动,在动力学理论上尝试性解释了生物的周期性迁移运动(例如鱼群和鸟群的周期性洄游);通过均匀光强时间序列编码和螺线波及其漫游信号驱动,理论上设计了无缆化仿生活性物质的多种复合结构(三角、花瓣和五角等)转角运动;同理在差异光强环境中活性物质可自主进行避光转角运动,上述仿生活性转角运动理论可从从普适动力学机制上解释纤细眼虫(Euglena gracilis)纤毛摆动波驱动的转角运动(Nat. Phys. 2018,14,1216-1222)。

该成果的第一作者任林是我院在站博士后,至今以第一和主要作者身份在PNASAngew. Chem. Int. Ed.(三篇)、Chem. CommJPCLJPCAChaos等发表学术论文十几篇, 系列工作在《Chemistry world》、Chemistry news》、《Science daily》、《Phys.org》等新闻媒体亮点报道


审核:武建军

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