近日，大連理工大學(xué)劉田教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出可定制的生物傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測軟生物材料和活組織中的應(yīng)力分布，相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》上。
在生物材料中，機(jī)械應(yīng)力分布的可視化，對于理解生物過程和優(yōu)化材料設(shè)計(jì)至關(guān)重要。然而，由于復(fù)雜動(dòng)態(tài)性、結(jié)構(gòu)多樣性和脆弱性等要求，活體軟材料的應(yīng)力可視化仍然具有挑戰(zhàn)，需要技術(shù)創(chuàng)新。
團(tuán)隊(duì)通過單分子力譜等微觀應(yīng)力手段的幫助，基于極限應(yīng)力范圍對各個(gè)元件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，成功開發(fā)出FTSM-CBM-1。隨后，他們通過原位拉伸-FRET驗(yàn)證了該探針的穩(wěn)定性，確保了結(jié)果的可靠性。基于該平臺，通過簡單的浸泡即可實(shí)現(xiàn)對材料2D和3D應(yīng)力的半定量可視化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)材料的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)檢及斷裂預(yù)警。檢測結(jié)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)形式豐富以及生物安全性等，對應(yīng)力分布的實(shí)時(shí)檢測提出更苛刻的要求。在此，FTSM-CBM-1可實(shí)現(xiàn)對蝗蟲跳躍過程（躍動(dòng)模型）的準(zhǔn)原位應(yīng)力可視化以及對果蠅幼蟲蠕動(dòng)過程（蠕動(dòng)模型）的原位應(yīng)力可視化，生物活力并未受到影響。而該運(yùn)動(dòng)過程中的應(yīng)力轉(zhuǎn)移過程此前未得到任何直接證據(jù)的支持。
進(jìn)一步地根據(jù)待測物的差異，團(tuán)隊(duì)篩選了不同的碳水化合物結(jié)合域，并設(shè)計(jì)了FTSM-CBM-2，實(shí)現(xiàn)更廣譜的生物材料的可視化應(yīng)力檢測。例如，對植物莖稈的彎曲應(yīng)力可視化將有助于抗倒伏作物品種篩選。（來源：中國科學(xué)報(bào) 孫丹寧）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56422-8
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