线性黏弹性 regime 下机械载荷作用中黏液凝胶增强的微观动力学

黏液是一种覆盖多种组织表面并保障关键生物学功能的生物凝胶，包括作为抵御脱水、病原体侵入或胃酸的保护屏障。黏液的生物学功能需要固样与流样力学响应之间精细调节的平衡，这由形成凝胶的糖蛋白黏蛋白之间的可逆键所保障。在生物体中，黏液承受多种机械应力，例如由于渗透、细菌穿透、咳嗽和胃蠕动引起者。然而，我们对应力作用于黏液的认识仍很初步，且大多局限于宏观流变测量，对相关的微观机制毫无洞见。在此，我们运行力学测试的同时测量猪胃黏液的微观动力学。惊人的是，我们发现处于宏观流变线性 regime 内的适度剪切应力在微观层面显著增强黏液重组，表现为微观动力学瞬时加速，可达两个数量级。我们提出一个简单而通用的物理凝胶应变下动力学模型来使这些发现合理化，并通过弹簧网络的数值模拟验证其假设。这些结果揭示了黏液在微观尺度上的重排动力学的新光，对从黏液清除到细菌和药物穿透等现象具有潜在意义。