细胞运动时可能会产生电能

该研究由普拉迪普·夏尔马及其同事领导，他们建立了一个数学模型，以探究细胞内物理力如何与生物活动相互作用。他们的研究重点是分子水平的运动如何转化为跨细胞膜的电信号。

分子活动让膜动起来
每个细胞内，蛋白质都在不断改变形状、与其他分子相互作用并进行化学反应。其中一个重要过程是ATP水解——这是细胞通过分解三磷酸腺苷来释放能量的方式。这些活跃的生物过程并非悄无声息地进行，它们会推拉细胞膜，使其发生弯曲、起伏和波动。

膜运动触发电信号
模型显示，这些持续的膜运动能触发一种称为“挠曲电效应”的现象。挠曲电效应指的是材料在弯曲或变形时会产生电响应的现象。在这种情况下，细胞膜的弯曲会在细胞内外产生电势差。

电压水平堪比神经信号
根据该模型框架，跨膜产生的电压强度惊人，在某些情况下可达到90毫伏。这一水平值得关注，因为它与神经元发送电信号时的电压变化相似。其发生时间也与神经系统中的情况吻合：电压变化可在毫秒内出现，与神经元典型动作电位曲线的形状和速度高度一致。这表明，相同的物理原理可能在神经细胞通讯中发挥作用。

驱动离子逆“自然趋势”移动
该理论进一步预测，这些由膜驱动的电压能主动移动离子。离子是带电原子，细胞利用它们发送信号和维持平衡。通常，离子会沿着电化学梯度流动，即从高浓度区域向低浓度区域移动。
新模型指出，活跃的膜波动可能推动离子向相反方向移动，逆着这些梯度。研究人员将这种行为与膜的特定特性联系起来，包括膜的弹性以及它对电场的响应方式。这些特性决定了离子的移动方向和携带的电荷类型。

从单细胞到组织及新材料
展望未来，研究作者认为该框架可扩展到单个细胞之外。通过将相同原理应用于细胞群，科学家可探究协调的膜活动如何在组织层面形成更大规模的电模式。
研究人员认为，这一机制为理解感官感知、神经元放电，甚至活细胞如何在内部收集能量提供了物理基础。它还有助于连接神经科学与生物启发材料及物理智能材料的开发，为设计模拟活组织电行为的系统提供新方法。