在国家自然科学基金和科技部“973”项目的支持下，南京大学固体微结构物理国家实验室与物理学院教授、苏州大学软凝聚态物理及交叉研究中心教授马余强课题组，在软凝聚态物理与生物物理交叉领域取得了多项重要进展。其中，两项核心成果分别发表在国际权威期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）和《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

第一项研究聚焦植物细胞皮层微管的自组织相行为。该论文题为《理解植物细胞皮层微管自组织的相行为》，由南京大学物理学院2007级博士生施夏清与导师马余强共同完成。植物细胞的皮层微管阵列作为一种独特的细胞骨架结构，与动物细胞不同，植物细胞缺乏中心体，微管分布在液泡与细胞质膜之间的细胞质壳层中。早在1960年代，科学家们便观察到植物细胞皮层存在高度各向异性的微管结构，并推测其在细胞形态发生中发挥关键作用。近年来，荧光显微技术揭示了微管的“踏车”运动及其导致的自发有序化现象，但其调控机制尚未完全阐明。

本研究结合理论建模与大规模数值模拟，深入探讨了含有聚合-解聚反应的微管系统中有序-无序转变的调控机制。研究发现，微管聚合反应与微管间相互作用的耦合，促成了一种新颖的相变机制。通过调节聚合-解聚速率、成核速率及灾变速率等动力学参数，系统可在向列相有序态与无序态之间实现连续或不连续的相变。构建的理论模型及相图不仅验证了实验观察，也为理解植物细胞微管自组织的微观调控机制提供了重要理论依据。

第二项研究聚焦纳米粒子穿透细胞膜的物理机制。发表在《自然-纳米技术》上的论文《形状不同纳米粒子入侵细胞膜的计算机模拟研究》由南京大学物理学院2006级博士生杨恺与导师马余强完成。纳米粒子作为药物输运载体和生物显影剂，因其能够穿透细胞膜而备受关注，但其潜在的细胞毒性限制了应用。深入理解纳米粒子与细胞膜的相互作用机制，尤其是粒子几何形状对穿膜过程的影响，成为解决该矛盾的关键。

通过计算机模拟，研究系统地分析了纳米粒子的大小、形状及表面化学性质对其穿膜行为的影响。结果显示，粒子的形状各向异性及其相对于膜的初始取向是决定穿膜效率的关键因素，影响粒子与膜的接触面积及局部曲率变化，而粒子体积影响较小。模拟还揭示了穿膜过程中粒子发生的两种相反旋转动力学，导致穿透过程复杂且高度耦合。基于此，设计纳米粒子时应充分利用其几何特性，以提升载药能力和实现靶向识别，降低对正常细胞的毒性。

综上所述，马余强课题组的研究不仅深化了对植物细胞微管自组织的物理理解，也为纳米粒子在生物医学领域的安全高效应用提供了理论指导，推动了软凝聚态物理与生物物理的交叉融合发展。

（撰稿：黄辛）