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  活性軟組織的屈曲和折疊不僅是細胞適應擁擠環境的保護機制，而且是更好履行其生理學功能的重要途徑，如大腦、小腸內壁等通過褶皺增加表面積來實現相應功能。現有的研究中，生物軟組織的失穩研究通常被視為靜態或準靜態過程，但它們在較短時間尺度上對動態載荷的響應仍然難以捉摸。最近，一項有趣的實驗表明，上皮組織作為一層薄的活性軟組織，在動態壓縮下表現出迥異于惰性材料的屈曲行為。首先，在高壓縮應變率下，它經歷了高階(如三階)屈曲模態[圖1(a)]，這在軟組織的靜態力學研究中很少報道。其次，在一定的壓應變范圍內(ε≤0.35)，屈曲形態可以自發地恢復到平面狀態，這是傳統屈曲或后屈曲理論無法充分解釋的[圖1(b)]。第三，變平后，上皮組織呈現出一定的張力恢復，這與屈曲惰性材料也有很大不同。此外，上皮組織與細胞都表現出驚人的標度律流變響應特征。目前，動態載荷下細胞與軟組織等活性生物材料的變形行為和力學機制，特別是在較短的時間尺度下，仍然知之很少。

圖 1 不同應變率下上皮組織的高階屈曲以及自發恢復的后屈曲行為。

圖 2 上皮組織受壓屈曲后的應力演化全過程。

高應變率下軟組織的高階屈曲行為

圖 3 軟組織屈曲模態與應變率的解析關系。

軟組織自發恢復的后屈曲行為

圖 4 軟組織自發恢復過程中，變平時間與加載應變和應變率的解析關系。

圖 5 軟組織變平后主動張力的恢復比與加載應變的解析關系。

不同應變和應變率下的應力演化路徑

圖 6 大范圍壓應變和應變率下軟組織形態演化的相圖。

  以上研究成果以“Dynamic high-order buckling and spontaneous recovery of active epithelial tissues”為題于11月15日在線發表在固體力學旗艦期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上。論文第一作者為西安交通大學航天航空學院多尺度力學-醫學交叉實驗室博士生王歡，通訊作者是西安交通大學徐光魁教授和清華大學馮西橋教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022509623003009