胶原分子的波传播与能量耗散
应用物理
2021-01-27 v2
摘要
胶原是结缔组织（如皮肤、肌腱和韧带、软骨等）的关键蛋白，占全身蛋白含量的 25% 至 35%，并赋予机械稳定性。该蛋白也是骨的基本构建单元，因其优异的力学性质以及与碳酸羟基磷灰石矿物的结合。尽管已从分子到组织水平在体外和体内研究了机械韧性与粘弹性，但波传播性质和能量耗散尚未被深入探索，尽管其对于理解胶原结构（如鼓膜、耳蜗膜）在脉冲载荷下的振动动力学至关重要。通过采用自底向上的原子建模方法，我们在此研究了一条胶原肽在两种不同脉冲位移载荷（包括纵向和横向输入）下的行为。使用一个一维弦模型作为模型系统，我们探究了水合作用和载荷方向对沿胶原肽的波传播及相关能量耗散的作用。我们发现波传输和能量耗散强烈依赖于载荷方向。此外，水合胶原肽可比脱水胶原肽多耗散五倍能量。我们的工作提示胶原在不同组织（如肌腱和鼓膜）的波传输中具有不同作用。本研究可推进对胶原在瞬态载荷、冲击载荷和疲劳下力学行为的理解，以及设计仿生和受生物启发材料以替代鼓膜等特定天然组织。
引用
@article{arxiv.2009.02986,
title = {Wave propagation and energy dissipation of collagen molecules},
author = {Mario Milazzo and Gang Seob Jung and Serena Danti and Markus J. Buehler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.02986},
year = {2021}
}