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“软硬兼施”!这项生命科学技术已获得跨学科应用

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手机膜、化妆品、电脑屏幕、橡胶手套、泡泡糖……这些我们日常生活中再熟悉不过的东西都有一个共性——它们都是软物质。较金属、陶瓷、玻璃等“硬物质”而言,软物质可以是聚合物、液晶、表面活性剂、胶体、乳状液、泡沫、颗粒物质等,它们由比原子大得多的结构单元构成,而且具备柔性,介乎固体液体之间,因此力学性质很复杂。而人体,从细胞到器官这些构成生命的基本单元也都是由软物质组成的。总之,套用亚里士多德的名言“整体大于部分之和”来形容软物质,再合适不过了。

软物质和生命物质力学是物理学的一个新分支、前沿方向。生命体不同层级力学表征及其力学调控规律的研究不仅是揭示生命活动奥秘的前沿基础,而且是发展现代生物医学工程、服务人类健康的重大需求。但细胞、组织等生命物质的力学性质极为复杂,兼具流体黏性和固体弹性,在不同的空间和时间尺度上表现出截然不同的力学行为。

中国科学院力学所非线性力学国家重点实验室研究团队利用原子力显微镜技术,发现琼脂糖水凝胶的应力松弛在微米尺度上具有从短时间段多孔弹性指数松弛到长时间段黏弹性幂律松弛的转折特征。水凝胶等软物质材料,材料属性与细胞、组织等生命物质相似并相对可控,同时,其作为细胞外基质其力学性质对调控细胞和组织的生物学功能至关重要。

团队通过实验得到了软物质与生命物质应力松弛的统一性表述,为探究一系列生命物质的力学特性与生理病理的关联提供实验框架与理论模型。相关实验技术已应用于生物相分离液滴的界面力学特性及细胞与胞外基质力学相互作用等跨学科交叉合作研究之中。

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