L'entropie est souvent associée au désordre et au chaos, mais en biologie, elle est liée à l'efficacité énergétique et est étroitement liée au métabolisme, l'ensemble des réactions chimiques qui soutiennent la vie.

Une équipe de recherche internationale dirigée par les universités de Barcelone et de Padoue, avec la participation de l'université de Göttingen et des universités Complutense et Francisco de Vitoria de Madrid, a développé une nouvelle méthodologie pour mesurer la production d'entropie à l'échelle du nanomètre. /P>

La nouvelle approche a permis aux scientifiques de mesurer le flux de chaleur, connu sous le nom de taux de production d’entropie, de globules rouges individuels. La recherche a été publiée dans Science .

Les chercheurs ont utilisé une nouvelle façon de mesurer le flux de chaleur provenant des forces métaboliques actives à l'intérieur des globules rouges en quantifiant l'entropie croissante en observant simplement les fluctuations continues et erratiques de la membrane des globules rouges.

Pour garantir que cette approche fonctionne, les chercheurs ont également créé des approches plus complexes, dans lesquelles de petites particules de taille micrométrique étaient collées à la membrane, ce qui pouvait non seulement être utilisé pour mesurer les fluctuations de la membrane, mais également pour appliquer de minuscules forces créées. en éclairant simplement les particules avec de la lumière.

De telles particules colloïdales – de petites particules solides en suspension dans une phase fluide – peuvent être considérées comme un excellent moyen de mesurer et également de manipuler le mouvement de la membrane des cellules vivantes. Pour leurs calculs utilisant de véritables globules rouges, les chercheurs ont utilisé des approches expérimentales basées sur la manipulation optique directe de la membrane, mais également sur la détection optique et la microscopie d'imagerie ultrarapide en direct.

Les chercheurs de l'Université de Göttingen ont contribué en réalisant des expériences sensibles et précises. "Nous avons développé une expérience qui utilisait des photons, c'est-à-dire la lumière, pour maintenir les cellules si doucement que le délicat flux de chaleur n'était pas perturbé par la lumière, mais suffisamment puissant pour mesurer ses effets", explique le professeur Timo Betz, du Institut de biophysique de Göttingen.

"La chaleur est un symptôme de la santé cellulaire, et cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles voies pour déterminer la santé des tissus", explique le chercheur principal, le professeur Felix Ritort, de l'Institut des nanosciences et nanotechnologies de l'Université de Barcelone. Il ajoute :"Caractériser la production d'entropie dans les systèmes vivants est crucial pour comprendre l'efficacité des processus de conversion d'énergie."

La mesure de la production d’entropie dans les systèmes physiques et biologiques suscite un grand intérêt car elle est pertinente pour de nombreux autres systèmes. "Cette avancée a des implications considérables pour notre compréhension du métabolisme et du transport d'énergie dans les systèmes vivants", explique Betz.

"En outre, ces résultats pourraient s'avérer utiles pour des applications dans les domaines de la santé et de la médecine ou guider le développement de nouveaux matériaux intelligents exploitant un taux de production d'entropie contrôlé pour créer une réponse à de petits stimuli externes."

Les résultats sont publiés dans Science .

Plus d'informations : I. Di Terlizzi et al, Règle de somme de variance pour la production d'entropie, Science (2024). DOI :10.1126/science.adh1823

Informations sur le journal : Sciences

Fourni par l'Université de Göttingen