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Collective chemomechanical oscillations in active hydrogels

自愈水凝胶 振荡(细胞信号) Belousov–Zhabotinsky反应 渗透(战争) 纳米技术 化学物理 生物物理学 半径 化学 化学工程 材料科学 生物 高分子化学 计算机科学 物理化学 生物化学 计算机安全 工程类 运筹学
作者
Baptiste Blanc,Johnson N. Agyapong,Ian Hunter,Jean-Christophe Galas,Alberto Fernández‐Nieves,Seth Fraden
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (6) 被引量:4
标识
DOI:10.1073/pnas.2313258121
摘要

We report on the collective response of an assembly of chemomechanical Belousov-Zhabotinsky (BZ) hydrogel beads. We first demonstrate that a single isolated spherical BZ hydrogel bead with a radius below a critical value does not oscillate, whereas an assembly of the same BZ hydrogel beads presents chemical oscillation. A BZ chemical model with an additional flux of chemicals out of the BZ hydrogel captures the experimentally observed transition from oxidized nonoscillating to oscillating BZ hydrogels and shows this transition is due to a flux of inhibitors out of the BZ hydrogel. The model also captures the role of neighboring BZ hydrogel beads in decreasing the critical size for an assembly of BZ hydrogel beads to oscillate. We finally leverage the quorum sensing behavior of the collective to trigger their chemomechanical oscillation and discuss how this collective effect can be used to enhance the oscillatory strain of these active BZ hydrogels. These findings could help guide the eventual fabrication of a swarm of autonomous, communicating, and motile hydrogels.
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