Команда обнаружила, что жесткие твердые пластины в мембранах биомиметической жидкости испытывают взаимодействия, качественно отличающиеся от взаимодействий биологических компонентов в клеточных мембранах. В клеточных мембранах жидкие домены или адгезивные вирусы испытывают либо притяжение, либо отталкивание, но не то и другое вместе, – говорит Вэйюэ Синь, ведущий автор статьи с подробным описанием исследования, недавно опубликованного в Science Advances. Но для того, чтобы точно позиционировать твердые объекты в мембране, должны быть доступны силы притяжения и отталкивания, добавляет Мария Санторе, профессор науки и инженерии полимеров из Университета Массачусетса. В лаборатории Санторе в Университете Массачусетса Ксин использовал гигантские однослойные везикулы, или GUV, которые представляют собой мембранные мешочки, похожие на клетки, чтобы исследовать взаимодействия между твердыми объектами в тонком листообразном материале.
Как и биологические клетки, GUV имеют жидкие мембраны и имеют почти сферическую форму. Синь модифицировал GUV, так что мембраны включали крошечные, твердые, жесткие пластинчатые образования. Команда, созданная в сотрудничестве между лабораторией Санторе и группой теории Грасона из отдела полимеров и инженерии Университета Массачусетса, первой показала, что, изменяя кривизну и натяжение мембраны, можно заставить пластинчатые массы притягивать и отталкивать. друг с другом.
Это позволило исследователям контролировать положение пластин внутри мембраны.
Натяжение мембраны можно регулировать механически с помощью микропипетки для надувания или сдува GUV или физически с помощью осмоса.
В любом случае, когда мембрана натянута, плоские пластины постепенно притягиваются друг к другу, образуя предсказуемые, повторяемые конструкции. Напротив, уменьшение натяжения заставляет пластины расходиться в стороны. В обоих случаях движение и позиционирование пластин предсказуемо и управляемо.
Эта способность управлять позиционированием пластин в мембране является гигантским шагом на пути к созданию материала, который реагирует на раздражители и может самоорганизовываться контролируемыми и реконфигурируемыми способами. «Наши исследования находят применение в нанотехнологиях и других сферах, где желательно иметь сложные, гибкие устройства, которые могут реагировать на окружающую их среду», – говорит Синь.
Одно из реальных приложений исследования команды включает гибкую, ультратонкую и реконфигурируемую носимую электронику.
Работа поддержана грантом U.S.
Департамент энергетики. Кроме того, Синь получил частичную поддержку от стипендии для стажеров Национального института здравоохранения.