單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)助力小分子自組裝材料領(lǐng)域的突破性進展

多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM OMNIUM是一款融合原子力顯微鏡與微流控技術(shù)的高端表征工具。其核心技術(shù)FluidFM采用納米級中空探針，可實現(xiàn)單細(xì)胞/微球秒抓秒放，全程無損傷，為科研領(lǐng)域提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。該技術(shù)配備300納米孔徑的微流控探針，可以穩(wěn)定捕捉直徑僅數(shù)百納米到數(shù)微米的樣本，有效避免測試過程中樣本斷裂或變形，成功解決傳統(tǒng)設(shè)備 “抓不住、測不了” 的困境；同時通過方程擬合測試數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)對樣品彈性模量的定量分析，彌補了傳統(tǒng)動態(tài)力學(xué)分析（DMA）等方法在超細(xì)樣品測量中的局限性。近期，依托FluidFM技術(shù)，國內(nèi)科研團隊捷報頻傳，西湖大學(xué)與北京大學(xué)的相關(guān)研究成果分別發(fā)表于 Nature Communications 和 Journal of Controlled Release 等知名期刊，彰顯了 FluidFM 技術(shù)在跨學(xué)科研究中的關(guān)鍵支撐作用。

多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM OMNIUM

西湖大學(xué)團隊的最新研究成果以《Water-regulated viscosity-plasticity phase transitions in a peptide self-assembled muscle-like hydrogel》為題榮登Nature Communications期刊，為小分子自組裝材料領(lǐng)域帶來突破性進展。研究發(fā)現(xiàn)，四肽YAWF能自組裝成類肌肉液晶水凝膠（LCH），在水調(diào)控下實現(xiàn)粘度-塑性相變，僅用2 μL凝膠就能拉制出超1 m長的固體纖維，還能承載自身250倍的重量。在這場材料科學(xué)的重大突破中，F(xiàn)luidFM 技術(shù)扮演了關(guān)鍵角色，為超精細(xì)纖維的力學(xué)性能分析提供了核心支撐。

“肌肉狀水凝膠” YAWF

西湖大學(xué)團隊研究發(fā)現(xiàn)，憑借YAWF特殊的氨基酸序列，在水中實現(xiàn)自組裝，形成具有強各向異性的液晶水凝膠，其行為與人體肌肉高度相似：無外力時呈松弛狀態(tài)，受力后納米管定向排列，拉伸超過彈性范圍時還會發(fā)生彈性-塑性轉(zhuǎn)變。通過外力拉伸結(jié)合水調(diào)控結(jié)晶，這種超粘稠水凝膠能快速脫水固化，形成穩(wěn)定的宏觀纖維。

實驗中，研究人員用移液槍手動拉伸就能得到長度超10 cm的超細(xì)纖維，規(guī)模化制備時長度更是突破1 m，且全程無需復(fù)雜修飾或添加劑，僅靠 pH 調(diào)節(jié)和水含量控制即可實現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了對小分子自組裝潛力的認(rèn)知，也為功能材料的低成本規(guī)�；�制備提供了新路徑。

FluidFM技術(shù)：超細(xì)纖維力學(xué)性能的精準(zhǔn)標(biāo)尺

要讓這種新型材料走向應(yīng)用，精準(zhǔn)表征其力學(xué)性能是關(guān)鍵，而這正是 FluidFM 技術(shù)大顯身手的地方。手工拉制的超細(xì)纖維直徑僅數(shù)百納米至10微米，傳統(tǒng)力學(xué)測試方法難以精準(zhǔn)捕捉其彈性模量，而 FluidFM 技術(shù)的介入有效解決了這一難題。

FluidFM技術(shù)的核心優(yōu)勢在于能對超精細(xì)、易損傷的樣品進行無損力學(xué)探測。在本研究中，其作用主要體現(xiàn)在兩方面：

• 精準(zhǔn)適配超細(xì)樣品：配備300納米孔徑的納米移液管，能穩(wěn)定捕捉直徑僅數(shù)百納米的YAWF纖維，避免測試過程中樣品斷裂或變形，解決了傳統(tǒng)設(shè)備 “抓不住、測不了” 的困境。

• 定量分析彈性模量：通過方程擬合測試數(shù)據(jù)，成功測定12根超細(xì)纖維的楊氏模量，彌補了傳統(tǒng)動態(tài)力學(xué)分析（DMA）對超細(xì)樣品測量的局限性，為材料力學(xué)性能提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

正是借助 FluidFM 技術(shù)的精準(zhǔn)測量，西湖大學(xué)團隊證實：YAWF 纖維的楊氏模量與拉伸速率正相關(guān)，且即使是超細(xì)纖維，其力學(xué)強度仍能滿足實際應(yīng)用需求，為后續(xù)材料優(yōu)化提供了關(guān)鍵依據(jù)。這一技術(shù)突破讓超細(xì)材料的力學(xué)表征從 “定性描述” 邁入 “定量分析” 的新階段。

未來可期：從 Nature 突破到應(yīng)用落地

這種兼具生物相容性、可回收性和超高力學(xué)性能的材料，未來應(yīng)用場景十分廣闊。在人工肌肉領(lǐng)域，其類肌肉的相變特性可用于研發(fā)更靈敏的柔性執(zhí)行器；在 wearable 電子設(shè)備中，低成本、易成型的優(yōu)勢能降低器件制造門檻；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物可降解特性使其有望成為新型藥物載體或組織工程支架。

而 FluidFM 技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅為本次西湖大學(xué)的研究提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，更為各類超細(xì)功能材料的力學(xué)表征提供了范例。它打破了傳統(tǒng)測試技術(shù)的尺寸限制，讓 “看得見、測不準(zhǔn)” 的超細(xì)材料性能變得清晰可量化，加速了新型納米組裝材料的研發(fā)進程。

今年內(nèi)，繼西湖大學(xué)憑借“肌肉狀水凝膠”研究登上Nature Communications后，國內(nèi)科研界陸續(xù)傳來捷報。北京大學(xué)工學(xué)院黃建永課題組借助 FluidFM 技術(shù)，在細(xì)菌與宿主粘附調(diào)控機制研究中取得突破性進展，相關(guān)成果正式發(fā)表于Journal of Controlled Release。從材料科學(xué)到生物醫(yī)學(xué)，F(xiàn)luidFM 技術(shù)正持續(xù)賦能國內(nèi)團隊，在國際期刊上不斷刷新 “中國科研實力”。

該研究中，FluidFM 的核心作用：

• 精準(zhǔn)捕獲：FluidFM探針可通過施加負(fù)壓，像一只微型的“納米吸管”一樣，精準(zhǔn)地捕獲單個活體細(xì)菌（如金黃色葡萄球菌）。

• 可控接觸：探針攜帶著單個細(xì)菌，精確控制地接近經(jīng)過RGDS肽處理或未處理的宿主細(xì)胞（如人角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT）。

• 實時測力：當(dāng)細(xì)菌與細(xì)胞表面接觸并短暫停留后，探針按設(shè)定程序回撤。在這個過程中，F(xiàn)luidFM實時、高精度地測量細(xì)菌與細(xì)胞表面分離所需的力——這就是細(xì)菌-宿主界面的黏附力（Adhesion Force）。

• 量化比較：通過對比處理組和對照組測得的黏附力數(shù)據(jù)，F(xiàn)luidFM提供了直接、定量、單細(xì)胞水平的證據(jù)。

FluidFM：國內(nèi)科研的 “高水平期刊助力神器”

不止北大和西湖大學(xué)，F(xiàn)luidFM 技術(shù)已成為國內(nèi)多領(lǐng)域科研團隊的“得力助手”。浙江大學(xué)團隊曾借助該技術(shù)研發(fā)天然粘合劑基納米藥物，精準(zhǔn)測量納米藥物與細(xì)胞的粘附力，實時觀察酸性腫瘤微環(huán)境中的藥物作用過程，相關(guān)成果發(fā)表于 Biomaterials；北京大學(xué)2024年更憑借其“操作簡單、適用細(xì)胞廣、通量高、力學(xué)范圍寬”的優(yōu)勢，一個月內(nèi)斬獲三篇單細(xì)胞力學(xué)領(lǐng)域重量級成果。

從材料科學(xué)的超精細(xì)纖維表征，到生物醫(yī)學(xué)的細(xì)菌感染機制解析，再到腫瘤免疫療法的納米藥物研發(fā)，F(xiàn)luidFM技術(shù)正在跨領(lǐng)域賦能國內(nèi)科研創(chuàng)新。而西湖大學(xué)、北京大學(xué)等團隊的持續(xù)突破，不僅展現(xiàn)了中國科研在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的硬實力，更印證了“高端技術(shù)工具 + 原創(chuàng)科研思路”的高效模式，為中國科研走向國際前沿注入了強勁動力。

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