質膜撓曲電效應及外毛細胞電動性機理研究

《質膜撓曲電效應及外毛細胞電動性機理研究》是依託廈門大學，由周志東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：質膜撓曲電效應及外毛細胞電動性機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周志東
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

實驗證實了耳蝸外毛細胞的電動性與耳蝸放大功能的相關性，而外毛細胞的電動性主要基於質膜微結構、質膜表面褶皺形貌和質膜曲率隨外電刺激的改變，即撓曲電效應。本項目擬結合膜內動蛋白、官能基團和電荷分布建立描述質膜微結構的時間相關Ginzburg-Landau（TDGL）相場方程和Cahn-Hilliard（C-H）擴散方程。將採用耦合相場模型預測外電刺激對膜內電荷、電勢和極化強度分布的影響，進一步獲得質膜撓曲電係數。考慮細胞外側三層結構（質膜、皮層格線和膜下間池），將通過能量變分原理建立複合結構的統一控制方程，探討質膜的自發曲率、撓曲電效應與胞體軸向等效壓電係數的相互關係。結合細胞體電學性能，將討論胞體縱軸向電勢分布，研究外毛細胞的變形、動力學特性和電能機械能轉換機制。目的在於闡明外毛細胞電動性的微觀和巨觀機理，提出一套新的生物力學研究方法，為耳蝸聽力的進一步研究提供有效的科學模型。

結題摘要

考慮撓曲電效應和應變梯度效應的單層和多層納米壓電感測器、致動器和俘能器系統，構建了微納智慧型系統的的靜力學和動力學多場耦合控制方程和相應的力電耦合邊界條件，深入研究了機械載入、電學載入和環境振動激勵對智慧型系統的彎曲變形、電學輸出和功率輸出回響的影響，闡明了撓曲電和壓電效應對輸出回響的作用從微米尺度逐漸過渡到納米尺度的變化過程，揭示了物理參數、尺寸效應和外加負載等對智慧型結構靜力學和動力學行為的作用機理和影響規律。進一步建立了描述液晶材料內分子極化取向和局部密度的耦合相場方程，並建立了考慮撓曲電效應的外毛細胞軸向振動與動態電學控制模型，研究了材料參數、環境流體粘度、機械/電學邊界條件和細胞尺寸等對細胞變形和電/機械能轉換的影響。闡明了外毛細胞電動性的微觀和巨觀機理。本項目所研究的是微納智慧型系統和仿生系統中關鍵性問題，這些工作能促進力學與材料、生物和工程控制等學科的進一步交叉與融合，推動新型學科領域的發展，還對以撓曲電效應為新熱點的微納智慧型系統的發展和套用起到推動作用。