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本報訊(記者孫丹寧)近日,大連理工大學教授劉田團隊開發(fā)出可定制的生物傳感器,用于實時監(jiān)測軟生物材料和活組織中的應力分布。相關成果發(fā)表于《自然-通訊》。
在生物材料中,機械應力分布的可視化,對于理解生物過程和優(yōu)化材料設計至關重要。然而,由于復雜動態(tài)性、結構多樣性和脆弱性等要求,活體軟材料的應力可視化仍面臨挑戰(zhàn),需要技術創(chuàng)新。 團隊采取單分子力譜等微觀應力手段,基于極限應力范圍對各個元件進行合理設計,成功開發(fā)出FTSM-CBM-1。隨后,他們通過原位拉伸-FRET驗證該探針的穩(wěn)定性,確保了結果的可靠性。基于該平臺,通過簡單的浸泡即可實現(xiàn)對材料2D和3D應力的半定量可視化,進一步實現(xiàn)材料的微觀結構預檢及斷裂預警。檢測結果與有限元模擬高度吻合。 與人造材料相比,活體生物材料如昆蟲表皮,由于成分多樣、結構復雜、運動形式豐富以及生物安全性等,對應力分布的實時檢測提出更苛刻的要求。在此,F(xiàn)TSM-CBM-1可實現(xiàn)對蝗蟲跳躍過程(躍動模型)的準原位應力可視化,以及對果蠅幼蟲蠕動過程(蠕動模型)的原位應力可視化,生物活力并未受到影響。而該運動過程中的應力轉移過程此前未得到任何直接證據(jù)的支持。 根據(jù)待測物的差異,團隊進一步篩選了不同的碳水化合物結合域,并設計了FTSM-CBM-2,實現(xiàn)更廣譜的生物材料可視化應力檢測。例如,對植物莖稈的彎曲應力可視化將有助于抗倒伏作物品種的篩選。 相關論文信息: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56422-8 《中國科學報》 (2025-02-17 第3版 綜合)
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