近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究室在異質軟材料的納米力學研究領域取得重要進展，該研究為非均軟物質，特別是對具特異性的生物材料的納米力學的測量提供了高效的新方式。相關成果以Atomic force microscopy methodology and AFMech Suite software for nanomechanics on heterogeneous soft materials（利用原子力顯微鏡和AFMech Suite軟件研究異質軟材料的納米力學）為題發表在知名期刊Nature communication（《自然·通訊》，影響因子為12.353）上，論文第一作者為深圳先進院Massimiliano Galluzzi博士。
軟物質材料納米力學的測量，一直是材料科學家的重要挑戰，生物材料的內在異質性，一直對其力學性質的量化造成阻礙。而基于原子力顯微鏡技術，非均質軟材料的力學與形貌特征可以在液相中被精確地測量。因此，團隊提出一個3步走的方法來量化研究生物樣品：
（1）精確的AFM（原子力顯微鏡）矯正；
（2）應用力曲線陣列模式進行納米壓痕；
（3）由AFM壓痕數據所構建有限元模擬計算。
團隊結合實驗結果與模擬計算成功測定了生物材料的內部幾何形狀，多層結構的性質以及界面間的摩擦。為了能方便地對AFM測量的原始數據和模擬數據進行比較、分析，團隊針對性地編寫了一個軟件：AFMech Suite，該軟件包含5個交互接口，分別用于同步矯正、形貌學、粘附性、力學以及模擬分析。團隊選擇了參入硬球的柔性水凝膠作為軟物質模型來模擬生物的一級多樣性，并用此模型成功驗證了上述方法。最后，團隊將該方法應用于測定培植于軟/硬的水凝膠上的大腸桿菌的納米力學與形貌，證明了該方法在生物領域的適用性。
軟凝膠（左）和硬凝膠（右）上的大腸桿菌的硬度圖（平均壓痕）以及硬度與壓痕深度的斷層圖。
