用光控制的蛋白网络产生可控力 ^{CEFR B2}

工程师们将纤毛虫的钙控制策略改造用于人工蛋白网络，旨在为人工细胞提供可按需产生力的机制。纤毛虫通过一阵钙脉冲实现超快收缩，随后依靠ATP将钙泵回贮存以重置系统。研究团队把类似的时空控制方法应用在不依赖ATP的Tcb2蛋白网络上。

团队从Tetrahymena thermophila中表达并纯化了钙结合蛋白Tcb2。在实验室条件下，Tcb2自组装成纤维状网络，遇到可用的钙离子就会收缩。为精确释放钙，研究者使用了一种光敏钙螯合剂——把钙“关在笼中”，只有照光时才被裂解并释放钙。通过投射星形和圆形的光图案，并以脉冲方式照光，蛋白网络在相应区域组装并反复收缩。

在脉冲照明下，该网络可重复收缩约150个循环，收缩速度约为每秒0.4微米。研究者还演示了网络能够推动微小颗粒，这是一项朝向可控执行器并用于类合成细胞递送系统的重要进展。团队还建立了计算模型，并用模拟与强化学习优化光图案设计，使网络能按预期产生推或拉的力。

该研究来自Saad Bhamla的仿生工程实验室，研究部分由美国国家科学基金会资助。Bhamla将纤毛虫的设计比作“更像混合动力车而非纯汽油机”，强调钙贮存与按需释放的优势。