細胞膜無形運動經由彎曲電效應產生電流的物理機制獲證實

科學界已證實，活細胞膜上肉眼不可見的微小運動，能透過一種稱為「彎曲電效應」（Flexoelectricity）的物理機制，產生可測量的電能。此項發現為理解細胞間的通訊機制與分子間的交互作用提供了全新的物理基礎，超越了傳統純化學或純電學的膜功能模型。該研究團隊由 Pradeep Sharma 領導，他們開發了一個獨特的數學模型，用以闡釋生物活性如何轉化為電學現象，將細胞膜的動態變化與基本的物理原理相連結，旨在探究細胞的常規過程如何在沒有專門結構的情況下，轉化為可觀測的電行為。

此項重要研究成果已於2025年12月刊登在權威期刊《PNAS Nexus》上，其核心論點在於證實由三磷酸腺苷（ATP）水解等驅動的細胞膜持續性能量波動，確實會產生可偵測的電效應。ATP水解是細胞將化學能轉化為機械能的關鍵過程，它釋放的能量驅動著細胞的各項工作。這些活躍的分子過程對細胞膜施加了波動性的機械力，導致膜的形變與起伏，進而引發了彎曲電效應。

研究數據揭示了驚人的電壓水平，其產生的電位差高達90毫伏（millivolts），此數值與神經元訊號傳導中的電壓變化幅度相當。更引人注目的是，這些電壓波動的發生時間尺度落在毫秒等級，與神經細胞動作電位曲線的典型時序高度吻合。這種電學特性的量化與時間尺度的精確對應，直接將微觀的細胞力學與宏觀的生物電現象聯繫起來，為解釋感覺過程和神經元放電提供了具體的物理基礎。

該研究團隊的理論框架進一步預測，活躍的膜波動能夠產生一股推力，可能協助離子克服其電化學梯度，將離子推過細胞膜，這在過去對離子傳輸方向和極性的理解中是一個尚未完全闡明的因素。彎曲電效應描述了應變梯度與極化之間直接且雙向的聯繫，這對於極易彎曲的生物膜而言，提供了一座連接機械力與電訊號的線性橋樑。此發現的理論預測能力，特別是在離子跨膜運輸方面，代表了理論生物物理學的一項進展。

此項發現的廣泛相關性體現在2026年，它不僅為理解細胞如何感知周遭環境和神經訊號傳遞提供了物理依據，同時也為細胞內部的能量收集機制提供了新的視角。此外，此機制若得到進一步驗證，將可能從根本上改變我們對細胞能量利用和訊號傳輸效率的模型。在材料科學領域，利用此原理開發模仿細胞電學特性的「智慧型」材料，凸顯了這項基礎性發現的實際應用潛力，例如在藥物傳輸系統、組織工程和再生醫學等領域的應用，都可能因洞察細胞的電機械行為而獲得推進。