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受中间丝启发的缠结网络的非仿射力学

Nonaffine Mechanics of Entangled Networks Inspired by Intermediate Filaments.

作者信息

Pensalfini Marco, Golde Tom, Trepat Xavier, Arroyo Marino

机构信息

Laboratori de Càlcul Numeric (LaCàN), Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech, 08034 Barcelona, Spain.

Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST), 08028 Barcelona, Spain.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Aug 4;131(5):058101. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.058101.

DOI:10.1103/PhysRevLett.131.058101
PMID:37595243
Abstract

Inspired by massive intermediate filament (IF) reorganization in superstretched epithelia, we examine computationally the principles controlling the mechanics of a set of entangled filaments whose ends slide on the cell boundary. We identify an entanglement metric and threshold beyond which random loose networks respond nonaffinely and nonlinearly to stretch by self-organizing into structurally optimal star-shaped configurations. A simple model connecting cellular and filament strains links emergent mechanics to cell geometry, network topology, and filament mechanics. We identify a safety net mechanism in IF networks and provide a framework to harness entanglement in soft fibrous materials.

摘要

受超拉伸上皮细胞中大量中间丝(IF)重组的启发,我们通过计算研究了控制一组缠结丝力学原理,这些丝的末端在细胞边界上滑动。我们确定了一种缠结度量和阈值,超过该阈值,随机松散网络通过自组织成结构最优的星形构型,对拉伸做出非仿射和非线性响应。一个连接细胞和丝应变的简单模型将新兴力学与细胞几何形状、网络拓扑结构和丝力学联系起来。我们在IF网络中确定了一种安全网机制,并提供了一个利用软纤维材料中缠结的框架。

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