冬奥会将近！冰壶运动带来的科研灵感

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✦ 极致科研瞬间就是做了千百次实验，在要放弃又不甘，不放弃又看不到希望时，静下心来思考，最终决定再试一次，结果有了新的发现，突然柳暗花明的无法言语的欣喜。

✦ 十年前就用lipo2000、lipo3000做质粒、小RNA转染，Invitrogen 就是高品质的代名词。经典品质，安心实验

✦ 竞技运动的魅力在于永不言败，探索、发现、攀登高峰与科学研究一样需要不断攀升不断求新的坚持和勇气。

2022年的冬奥会很快就要在我国首都北京举行了，而作为一名充xian满de好mei奇shi心的科研工作者，冬奥会中的各种运动项目也让作者忍不住想去探索了解一下其中的科学原理。然而，在探索的过程中，作者偶然发现，原来冰壶的科学原理竟然也和我们的生物实验相通，很多东西甚至对我们的日常实验问题也能够得到启发。

在冬奥会比赛项目中，有一项大家都耳熟能闻的项目—冰壶（Curling），冰壶又称掷冰壶，冰上溜石，是以队为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目，被大家喻为冰上的“国际象棋”。通过上网检索后作者发现，早在2009年发表在《J Sports Sci Med》杂志的一篇文章：The Sports Science of Curling: A Practical Review，就对目前关于冰壶运动的研究，概述了冰壶运动相关的体能需求、成绩影响、以及教练和冰壶队都可以使用的潜在策略。而本次作者也借此就为大家就冰壶项目的科学原理以及如何与生物实验相通为大家做一个介绍。

和任何运动一样，冰壶运动中也蕴含着丰富的物理知识。首先，惯性：冰壶石头很重(大约45磅)，因此一旦一个冰壶被掷出并拥有一定的动量，它就可以滑动相当长的一段距离，直到摩擦力让它减速并最终停下。

冰刷的科学

冰面被喷洒水滴后冻结，形成凹凸不平的鹅卵石般的表面，减少摩擦。同时，冰壶底部有一条圆环状的“运动带”（running band），是唯一的能接触到凹凸不平冰面的部分。和普通的平坦的冰面相比，冰壶的重量都集中在一个很小的面积上。

在冰壶场地的冰面上有许多小凸起，这些凸起是在比赛前被喷到冰上的水滴造成的。一个没有凸起的冰表面会大大改变冰壶的运动，在减少输送距离的情况下产生更大程度的卷曲。旋度的产生是由于冰壶向前旋转的一侧比向后旋转的一侧摩擦更小。于是产生了不对称的摩擦系数，导致冰壶向左或向右卷曲。

而此时，如果用冰刷狂刷冰面产生的热量会使冰面短暂融化后再冻结，有助于进一步减少摩擦。如果不刷冰面，冰壶的旋转会更强。刷冰面的意义就在于让冰壶旋转更少并滑得更远。而你刷冰面的强弱程度则取决于你想让冰壶留在什么位置。这里面的技巧可比你想象得多很多，这也是该运动会被称作“冰上象棋”的原因。

刷快点好还是刷重点好？

刷得更快，还是用更大的力去刷冰更好？这两种策略都会影响壶冰摩擦。增加刷子向下压到冰上的压力会产生更多的热量，从而减少冰壶和冰之间的摩擦。扫得更快也会增加产生的热量，从而导致石冰摩擦相应减少。

之前的研究发现向下的力加倍会使刷头处产生的热量增加 2 倍，而扫掠速度加倍会使产生的热量增加 1.55 倍。然而，不止一次扫过同一块冰对传递到那部分冰的热量影响最大，从而最大程度地减少壶冰摩擦。因此，与施加更大的压力相比，更快地扫过多次同一块冰对减少石冰摩擦的影响更大。

然而，这会随着冰壶的速度而变化。随着冰壶减慢，刷头多次扫过同一冰块区域所需的扫动速度会降低。在这里，更大的向下力将比扫掠速度产生更大的影响。

典型的冰壶直径为 0.25m，通过直径约 0.15m 的圆形跑带与冰接触。根据刷头在冰壶前的方向，可以覆盖整个运动带。但是，如果在刷过程中，刷头的纵轴平行于冰壶的移动方向刷头的一部分最有可能在移动速度较快的冰壶上多次清扫同一区域的冰块，从而更有效地刷冰。

如上所述，根据冰壶的旋转，冰刷在扫动冰壶时站立的一侧会对冰壶轨迹产生非常不同的影响。作为一个团队，成对刷冰在这里可能非常有效。两个运动员一前一后清扫，靠近冰壶的冰刷对石冰摩擦的影响最大，清扫力度大。第二个冰刷可以在第一个前面清扫，清除冰壶路径上的霜和其他碎屑，所需的清扫强度要小得多。

冰壶科学与生物实验

写到这里，作者突然脑筋神奇转弯发现，这冰壶的科学原理不就和我们平时做的细胞转染实验原理非常类似吗？？

尽管很多读者都曾经或者经常做细胞转染实验，然而对转染的基本科学原理和实际应用可能也知之甚少。转染的两个主要目的是生成重组蛋白，或特异性地增强或抑制转染细胞中的基因表达。因此，转染是一种功能强大的分析工具，可用于基因或基因产物的功能和调控研究，用于生成转基因生物，并可用作基因治疗方法。

传统的转染方法（如磷酸钙共沉淀、DEAE-右旋糖酐、聚凝胺和电穿孔）存在DNA输送效率低、重复性差、具有细胞毒性、操作不便等问题。相反，阳离子脂质体试剂介导的转染具有前所未有的高转染效率，适用于各种真核细胞。此转染方法操作简单，可确保一致的可重复性结果。此外，采用阳离子脂质体试剂能成功转染其他方法无法转染的多种细胞系。

在这里，读者们是否发现，以上提到的阳离子脂质体就和冰壶运动中控制冰壶运动的冰刷作用类似。

第一代脂质转染试剂采用人工脂质体包裹核酸，然后与细胞膜融合，吸收其内容物。新型的阳离子脂质体试剂可通过带负电荷的核酸与带正电荷的合成脂质体试剂头基间的静电作用，自发形成浓缩的核酸，即阳离子脂体质试剂复合物。细胞通过内吞作用摄取复合物，然后释放至胞浆。一旦进入细胞，转染DNA转移至细胞核内，而RNA或反义寡核苷酸则省去了易位步骤，仍保留在胞浆内。

特殊设计的阳离子脂质体，如Lipofectamine™ 转染试剂，可促进DNA和siRNA进入细胞。阳离子脂质体的基本结构包括带正电荷的头基和一个或两个碳氢链。带电荷的头基可以调控脂质与核酸的磷酸骨架之间的相互作用，促进DNA凝集。

值得一提的是，赛默飞公司提供的多种阳离子脂质体介导的转染试剂，可将DNA、RNA、siRNA或寡核苷酸高效导入各种类型的细胞内，包括Invitrogen™ Lipofectamine 3000转染试剂。Lipofectamine 3000试剂利用最先进的脂质纳米微粒技术，可以实现卓越的转染效率和可重复的结果，适用于各种难以转染的细胞类型，提高了细胞活性。

而另一款赛默飞的转染神器——Neon® 转染系统起始套装再次提升了细胞转染的便捷高效性。它包含一个 Neon® 转染设备和两个 192 次反应试剂盒（10 µL 和 100 µL 样本量），能以快速、方便且经济的方式开始。Neon® 转染系统能够快速且高效地将核酸导入所有类型的哺乳动物细胞中，包括原代细胞、干细胞和难转染细胞。

Neon® 转染系统的高效、灵活、简单以及通用性，造就了它能够对许多细胞类型转染率高达 90%，包括难转染细胞、原代细胞和干细胞；每次反应可轻松转染 2 × 104 至 6 × 106 个细胞；易于使用，一个试剂盒适用于所有细胞类型；并且开放的系统也可对电穿孔参数进行自由优化。

讲到这里，大家是否对细胞转染的科学原理以及能否找到一款满足你日常科研需求，提高效率的转染试剂产品充满期待呢？接下来干货惊喜，赛默飞转染 workflow 促销限时一周开始啦！

参考文献

Bradley JL. The sports science of curling: a practical review. J Sports Sci Med. 2009;8(4):495-500. Published 2009 Dec 1.