中大新聞網訊（通訊員彭飛）振蕩在生命系統中普遍存在，包括晝夜節律、生物鐘、酵母中周期性的糖酵解通量和Min蛋白的振蕩。這種振蕩過程通常涉及多個復雜系統的耦合，是一種由反饋回路引起的非平衡現象，在兩個或多個動態穩態之間切換。細胞將攝取的營養物質轉化為供生命系統運行的燃料，隨著燃料的消耗和反饋過程提供的非線性動態變化，亞穩態得以維持，耗散的電化學信號傳導得以實現，從而促進了生命系統整個生命過程中的生理反應。人們對振動行為的理解和工程合成振蕩運動的對應物產生了極大的興趣。例如基于Belousov-Zhabotinsky反應和非氧化還原反應的化學-機械振蕩，光誘導的機械振蕩等。然而，大多數振蕩是由外部場（脈沖光或交流電信號）的變化觸發的。這需要復雜的設備和控制過程。其他振蕩通常涉及化學反應的周期性變化。

中山大學材料科學與工程學院彭飛副教授團隊設計合成了一種Cu@MoS₂微馬達振蕩器，該振蕩器在恒定的能量輸入下顯示振蕩運動，并同步心肌細胞以實現協同Ca²⁺振蕩（圖1A-C）。在恒定的紫外光或可見綠光輸入下，Cu@MoS₂微馬達通過消耗純水自發地表現出振蕩運動，光腐蝕（產生H+離子）和光催化（消耗H+離子）競爭共存。微馬達集體向光源方向振蕩（圖1B）。研究發現，質子的周期性波動在Cu@MoS₂微馬達的振蕩中起著關鍵作用，其振蕩節律與環境中H+的產生和消耗密切相關。由于質子梯度是ATP合成、鈣轉運和信號轉導的核心，振蕩系統可以與心肌細胞共培養，以誘導心肌細胞中質膜電位、Ca²⁺反應和ATP水解（圖1C）。

細胞震蕩周期示意圖

該工作題為“Water Powered Cu@MoS₂ Micromotor Swarm for a Collaborative Oscillation of Living Cells”，發表于Matter。中山大學材料科學與工程學院2021級博士研究生高超為獨立第一作者，中山大學材料科學與工程學院彭飛副教授為通訊作者。相關工作得到國家自然科學基金資助項目，廣東省杰出青年科學基金項目，國家重點研發計劃項目的支持。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238523004198