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在生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程、仿生材料及前沿生命科學(xué)的研究中，骨骼、牙齒、血管、細(xì)胞乃至生物大分子等生物材料的微觀力學(xué)性能，是理解其生理功能、病變機(jī)制及修復(fù)替代可能性的核心鑰匙。傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測(cè)試設(shè)備在面對(duì)微小、柔軟、形狀不規(guī)則且處于特定生理環(huán)境的生物樣本時(shí)，往往力有不逮。微型生物材料力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，正是為應(yīng)對(duì)這一精密挑戰(zhàn)而生的科研工具。它將高分辨率力傳感器、納米級(jí)位移控制與先進(jìn)的微環(huán)境模擬技術(shù)融為一體，使研究者得以在微觀乃至納觀尺度上，對(duì)生命材料施加精準(zhǔn)的力刺激并測(cè)量其響應(yīng)，從而揭...
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在生命體內(nèi)，細(xì)胞時(shí)刻承受著重力、剪切力、牽張力等機(jī)械信號(hào)的調(diào)控，這些信號(hào)與化學(xué)信號(hào)共同塑造著細(xì)胞命運(yùn)。細(xì)胞機(jī)械刺激培養(yǎng)系統(tǒng)通過精準(zhǔn)模擬體內(nèi)力學(xué)微環(huán)境，為腫瘤研究、干細(xì)胞應(yīng)用及組織再生領(lǐng)域提供了革命性工具，推動(dòng)科研成果向臨床轉(zhuǎn)化加速邁進(jìn)。在腫瘤微環(huán)境研究中，該系統(tǒng)成為破解轉(zhuǎn)移難題的關(guān)鍵。腫瘤組織的高剛度特性與機(jī)械擠壓是轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)通過水凝膠模型模擬不同硬度微環(huán)境，揭示了機(jī)械力誘導(dǎo)的腫瘤進(jìn)展機(jī)制。中科院研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械擠壓力可激活NF-κB信號(hào)通路，上調(diào)ALDH1B1表達(dá)...
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SciAdv最新綜述：解鎖細(xì)胞機(jī)械生物學(xué)的治療潛力1.引言領(lǐng)域介紹：機(jī)械生物學(xué)是一門研究機(jī)械力如何影響細(xì)胞行為、組織結(jié)構(gòu)和疾病進(jìn)展的交叉學(xué)科。核心概念：細(xì)胞能感知并轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)械信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為生化反應(yīng)，影響遷移、分化、免疫應(yīng)答和組織重塑等過程。提出“機(jī)械醫(yī)學(xué)”：將機(jī)械生物學(xué)原理轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐的新范式，將機(jī)械力視為健康的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子和疾病的治療靶點(diǎn)。本文目標(biāo)：全面概述細(xì)胞機(jī)械生物學(xué)的基本原理、在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用，以及將其轉(zhuǎn)化為治療策略的努力。2.塑造細(xì)胞和組織行為的機(jī)械線索詳細(xì)...
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水凝膠作為一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟濕性材料，在生物醫(yī)學(xué)（如組織工程支架、藥物載體）、柔性電子和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。其力學(xué)性能（如高含水量下的柔韌性、韌性、自愈合性）是決定其功能與應(yīng)用的關(guān)鍵。水凝膠力學(xué)試驗(yàn)機(jī)是專門用于精準(zhǔn)表征水凝膠及其它軟材料力學(xué)行為的專用設(shè)備，為材料研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證提供核心數(shù)據(jù)支撐。1、超低量程高精度傳感器，適配軟材料特性：?水凝膠的模量通常處于kPa至MPa量級(jí)，比傳統(tǒng)金屬或塑料低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。專用試驗(yàn)機(jī)配備超低量程（如0.1N至數(shù)百牛頓）的高...
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一、研究背景與意義細(xì)胞力學(xué)感知（Mechanosensation）是細(xì)胞將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為生化信號(hào)的過程，調(diào)控組織發(fā)育、再生、病變等生理病理過程。目標(biāo)：為生物材料設(shè)計(jì)提供力學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)再生醫(yī)學(xué)。二、細(xì)胞力感知機(jī)制1.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)膜受體：整合素（Integrin）、鈣黏蛋白（Cadherin）等。力傳導(dǎo)鏈：細(xì)胞-基質(zhì)：ECM→整合素→適配蛋白（如Talin/Vinculin）→肌動(dòng)蛋白（F-actin）。細(xì)胞-細(xì)胞：Cadherin→α/β-連環(huán)蛋白→F-actin。機(jī)械敏感離子...
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背景與意義皮膚是人體最大的器官，負(fù)責(zé)屏障、免疫、感知等功能。一旦受損，修復(fù)過程牽涉多種細(xì)胞在時(shí)間和空間上的精密協(xié)調(diào)。然而，臨床常見的慢性傷口（如糖尿病足潰瘍）及瘢痕（增生性瘢痕、瘢痕疙瘩）至今缺乏高效療法，導(dǎo)致巨大醫(yī)療負(fù)擔(dān)。傷口愈合的五個(gè)階段1.止血期創(chuàng)傷后血管立即收縮，血小板黏附并釋放PDGF、TGF-β等因子，纖維蛋白網(wǎng)形成臨時(shí)支架。圖1：細(xì)胞在傷口愈合止血階段的反應(yīng)2.炎癥期中性粒細(xì)胞首先清除病原體；隨后巨噬細(xì)胞由促炎M1型向修復(fù)M2型轉(zhuǎn)化，決定后續(xù)是再生還是纖維化。圖...
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研究背景與目的開發(fā)一種微型化的電-機(jī)械裝置，用于實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地測(cè)量皮下軟組織（1–8mm）的楊氏模量，以輔助診斷皮膚病（如銀屑?。┘捌渌膊?。技術(shù)原理核心組件：振動(dòng)致動(dòng)器：鎳鍍釹磁鐵（直徑8mm）+銅線圈（50Hz交流驅(qū)動(dòng)），產(chǎn)生洛倫茲力驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。應(yīng)變傳感器：蛇形金質(zhì)電阻應(yīng)變片（嵌入聚酰亞胺-PDMS柔性基板），通過電阻變化檢測(cè)組織變形。測(cè)量機(jī)制：磁鐵振動(dòng)引發(fā)組織應(yīng)變，應(yīng)變片電阻變化經(jīng)鎖相放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)（VS），與組織彈性模量（E）成反比。圖1用于傳感軟組織彈性模量的毫米...
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鞏膜是眼球外層的主要承重結(jié)締組織，占眼球外殼約85%，不僅維持眼球形狀、保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還與角膜協(xié)同調(diào)控屈光狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由Tenon囊、表層鞏膜、鞏膜基質(zhì)（stroma）等組成?；|(zhì)層是主要力學(xué)支撐部分，由富含膠原的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，膠原纖維呈多方向交織，且在不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的排列模式，如視神經(jīng)周圍（PPS）呈環(huán)向排列，有助于抵抗眼內(nèi)壓（IOP）引起的擴(kuò)張。圖1：鞏膜形態(tài)學(xué)和結(jié)締組織結(jié)構(gòu)概述表1：人類鞏膜的組成成分。組成濕重百分比水68膠原蛋白28其他蛋白質(zhì)（包括細(xì)胞成分）...
