高靈敏性微弦力學傳感器問世 可無干擾檢測微組織收縮力

科技日報訊 （記者過國忠 通訊員包海霞）科技日報記者9月7日從常州大學獲悉，該校生物醫學工程與健康科學研究院院長鄧林紅教授團隊，成功設計並製備了一種高靈敏性的微弦力學傳感器。這標誌着我國在對超軟細胞微組織生物力學的研究方面取得重要新突破。

鄧林紅介紹，機械力在生物組織形態發生和重塑中發揮着獨特作用，這些力由效應細胞、細胞外基質和組織的力學邊界條件共同決定。儘管近年來該領域成為國際研究熱點，但對於胚胎髮育等重要生理病理過程中超軟組織大幅度收縮的生物力學行為及其調控機制的研究，則一直進展非常緩慢，這主要是因為目前的力檢測裝置在測量過程中對細胞產生不可忽略的反饋力，干擾了組織的自然收縮。

鄧林紅團隊針對相關關鍵技術難題進行系統研究，成功設計並製備了一種高靈敏性的微弦力學傳感器，其微弦結構具有低彈性係數和大可變撓度的優點，能夠通過在一對微弦上培養三維細胞微組織，實現即時跟蹤觀察微組織的收縮以及嵌入其中的微弦的相應變形，進而根據兩微弦間距的變化非常靈敏地測量到微組織收縮過程中所產生的力。

“我們研究不僅發現細胞微組織在不同力學邊界條件下的力學響應差異非常巨大，還證實細胞的力學響應受到基質硬度和外界力學邊界條件的共同影響，更首次揭示了超軟組織收縮過程中細胞收縮力與基質張力之間的動態變化關係。”鄧林紅説。

目前，利用這一獨創的測量技術能夠在不妨礙微組織大規模收縮的情況下檢測其收縮力，同時還發現在一定力學邊界條件範圍內微組織收縮過程中維持其應變所需收縮力的差異可以達到17倍以上。此外，還證實微組織的收縮力主要由細胞收縮力和膠原基質張力構成。

鄧林紅告訴記者，該項研究成果今後可廣泛應用於超軟細胞微組織力學行為的研究，包括胚胎髮育、組織工程與再生醫學、相關藥物的篩選和研發等領域的基礎和應用研究。