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  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究室在異質(zhì)軟材料的納米力學(xué)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，該研究為非均軟物質(zhì)，特別是對(duì)具特異性的生物材料的納米力學(xué)的測(cè)量提供了高效的新方式。相關(guān)成果以Atomic force microscopy methodology and AFMech Suite software for nanomechanics on heterogeneous soft materials（利用原子力顯微鏡和AFMech Suite軟件研究異質(zhì)軟材料的納米力學(xué)）為題發(fā)表在知名期刊Nature communication（《自然·通訊》，影響因子為12.353）上，論文第一作者為深圳先進(jìn)院Massimiliano Galluzzi博士。

  軟物質(zhì)材料納米力學(xué)的測(cè)量，一直是材料科學(xué)家的重要挑戰(zhàn)，生物材料的內(nèi)在異質(zhì)性，一直對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的量化造成阻礙。而基于原子力顯微鏡技術(shù)，非均質(zhì)軟材料的力學(xué)與形貌特征可以在液相中被精確地測(cè)量。因此，團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)3步走的方法來量化研究生物樣品：

  （1）精確的AFM（原子力顯微鏡）矯正；

  （2）應(yīng)用力曲線陣列模式進(jìn)行納米壓痕；

  （3）由AFM壓痕數(shù)據(jù)所構(gòu)建有限元模擬計(jì)算。

  團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算成功測(cè)定了生物材料的內(nèi)部幾何形狀，多層結(jié)構(gòu)的性質(zhì)以及界面間的摩擦。為了能方便地對(duì)AFM測(cè)量的原始數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，團(tuán)隊(duì)針對(duì)性地編寫了一個(gè)軟件：AFMech Suite，該軟件包含5個(gè)交互接口，分別用于同步矯正、形貌學(xué)、粘附性、力學(xué)以及模擬分析。團(tuán)隊(duì)選擇了參入硬球的柔性水凝膠作為軟物質(zhì)模型來模擬生物的一級(jí)多樣性，并用此模型成功驗(yàn)證了上述方法。最后，團(tuán)隊(duì)將該方法應(yīng)用于測(cè)定培植于軟/硬的水凝膠上的大腸桿菌的納米力學(xué)與形貌，證明了該方法在生物領(lǐng)域的適用性。

軟凝膠（左）和硬凝膠（右）上的大腸桿菌的硬度圖（平均壓痕）以及硬度與壓痕深度的斷層圖。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05902-1