中国科研人员在活性软材料力学领域取得重要进展

细胞是一种活性软材料，表现出兼具固体弹性和流体粘性的力学特性。诸多实验表明，在较低的频率范围内，细胞的复模量是关于频率的弱幂律形式。然而，随着频率的进一步增加，细胞的复模量与频率之间的弱幂律关系被打破，耗能模量对频率的依赖高于储能模量。目前，关于细胞的粘弹性力学响应的研究主要考虑其在阶跃应力下的蠕变响应、阶跃应变作用下的松弛响应以及其在低频情况下的复模量变化，针对细胞高频下的粘弹性力学响应研究较少。此外，细胞在低频和高频下粘弹性力学响应的差异以及其潜在的形成机制尚不清楚。

为了探究细胞在不同频率尺度下的流变学行为，西安交通大学徐光魁教授团队通过考虑细胞骨架的多级结构特征，建立了细胞的自相似多级结构模型。结合实验结果发现，在低频率下，细胞的储能模量和耗能模量均表现出对频率的弱幂律依赖性；在高频下，储能模量近似为常数，而耗能模量与频率成线性关系。此外，自相似多级结构模型的转折频率可以描述不同细胞状态或类型的粘弹性力学响应差异，还可以定量地表征恶性肿瘤细胞与健康细胞的差异。

研究成果以《频率依赖的细胞标度律流变学转变特性》（Frequency-dependent transition in power-law rheological behavior of living cells）为题近日在线发表在《科学进展》（Science Advances）上。