科学家发明3D打印纤维微探针用于测量组织的体内生物力学特性

深圳大学的光纤传感科学家开发了一种紧凑型光纤纳米力学探针(FONP)，用于测量组织甚至单个细胞的体内生物力学特性。

深圳大学的研究人员发表在《国际极限制造杂志》上，应用飞秒激光诱导双光子聚合技术制造了一种机械精度低至2.1纳牛顿的光纤尖端微探针。

这种高精度机械传感系统能够测量组织、单细胞和其他类型的软生物材料的体内生物力学特性。这些发现可能对用于生物力学测试和纳米操作的全纤维原子力显微镜的未来发展产生广泛影响。

其中一位主要研究人员王一平教授评论说：“人体中不同组织的生物力学特性范围很广，从最柔软的细胞到最坚硬的骨骼，有七个数量级。我们开发了一种灵活的策略，可以设计和制造具有最合适弹簧常数的纤维尖端微探针，以便对人体几乎所有组织进行准确的体内生物力学测量。

原子力显微镜(AFM)是为数不多的可以进行精细生物力学测量的技术之一。然而，台式AFM系统在尺寸和复杂的反馈系统方面存在典型的局限性。它还需要测量样品的某些几何形状，这进一步限制了其在体内生物力学测量中的应用。

第一作者邹梦强博士声称：“我们的工作实现了新一代全光纤AFM，其灵活的方法实现了纤维尖端微探针的最佳设计，用于每次体内测试，结果证明是可靠的，而且更加小型化。

廖昌瑞教授开创了飞秒激光诱导双光子聚合技术制造的用于气体传感的纤维尖端微器件。在这里，他的团队开发了实现各种纤维尖端微观结构的技术，特别是在具有附加拓扑设计的微悬臂方面，以实现具有一系列弹簧常数的微探针。

这一发展使“全纤维AFM”成为涉及各种类型组织的体内生物力学测量的基础研究的下一代工具。

该团队利用有限元方法和拓扑理论优化了纤维尖端微悬臂探头的设计。最好的微探针可以达到低至2.1纳牛顿的可靠测量能力。

SandorKasas教授说：“这是一个里程碑式的成就，而这仅仅是个开始。我们预计这项技术将成为人体组织和细胞体内生物力学研究的有力工具，以进一步了解与癌症等疾病相关的生物力学变化的基本原理，以及发育生物学的关键过程。