细胞是一种活性软资料，体现出兼具固体弹性和流体粘性的力学特性。许多实验标明，在较低的频率范围内，细胞的复模量是关于频率的弱幂律方式。可是，随频率的进一步添加，细胞的复模量与频率之间的弱幂律联系被打破，耗能模量对频率的依靠高于储能模量。现在，关于细胞的粘弹性力学呼应的研讨首要考虑其在阶跃应力下的蠕变呼应、阶跃应变效果下的松懈呼应以及其在低频情况下的复模量改变，针对细胞高频下的粘弹性力学呼应研讨较少。此外，细胞在低频和高频下粘弹性力学呼应的差异以及其潜在的构成机制尚不清楚。

  为了探求细胞在不同频率标准下的流变学行为，西安交通大学徐光魁教授团队经过考虑细胞骨架的多级结构特征，建立了细胞的自类似多级结构模型。结合实验效果发现，在低频率下，细胞的储能模量和耗能模量均体现出对频率的弱幂律依靠性；在高频下，储能模量近似为常数，而耗能模量与频率成线性联系。此外，自类似多级结构模型的转机频率能描绘不同细胞状况或类型的粘弹性力学呼应差异，还可以定量地表征恶性肿瘤细胞与健康细胞的差异。

  人气道滑润肌细胞、支气管上皮细胞在不同频率标准下的粘弹性力学呼应及其分区

  本研讨经过对模型的简化并结合多种细胞的实验效果得到了细胞在频域内的完好的动力学特性，给出了不同的频率或许时间标准上细胞动力学行为的分配机制。此外，本研讨以人气道滑润肌细胞和支气管上皮细胞为例，给出了细胞在频域内的流变学特性的区域区分示意图。全体看来，细胞在整个频率范围内的流变行为能分为三个区域：损耗角正切为常值（区域I），损耗角正切大于1（区域III）以及过渡区域（区域II）。区域I中，细胞的储能模量和耗能模量均体现出对频率的弱幂律依靠。在区域II中，频率进一步添加，损耗角正切也随之添加，耗能模量的体现出远高于储能模量的添加速度。在区域II中，虽然细胞的标度律指数仍小于0.5，可是其体现出了由更像固体的特性向更像流体特性的改变趋势。在区域III中，耗能模量高于储能模量高，此刻，细胞开端体现出更挨近流体的性质。随频率的进一步添加，储能模量逐步趋近于常值，而耗能模量则正比于频率。

  本研讨经过比照癌变细胞和正常细胞在频域内的流变学行为发现，恶性肿瘤细胞的粘性系数与正常细胞比较略有减小，恶性肿瘤细胞骨架的紊乱和解聚导致了细胞骨架三维网络结构的极大损坏，使得三级结构的弹性模量从2.46 kPa简直下降到0。除了弹性模量之外，本研讨还发现二者的转机频率也有着十分显着的差异，恶性肿瘤细胞的转机频率远高于一般细胞的转机频率。运用自类似多级结构模型对肿瘤细胞的流变学特性进行表征可以用力学性能参数定量地表明其与正常细胞之间的差异。将粘弹性力学性能与生物要素联系起来，将更挨近运用力学目标作为前期癌症确诊的标志。

  自类似多级结构模型与实验所得到的MCF10A和MCF7细胞的复模量和损耗角正切值效果比照

  以上研讨效果以《频率依靠的细胞标度律流变学改变特性》（Frequency-dependent transition in power-law rheological behavior of living cells）为题近来在线宣布在《科学发展》（Science Advances）上。论文榜首作者为西安交通大学航天航空学院多标准力学-医学穿插实验室博士生杭久涛，通讯作者是西安交通大学航天航空学院徐光魁教授及新加坡南洋理工大学高华健教授。在此之前，杭久涛和徐光魁教授等针对细胞资料共同的幂律蠕变呼应已进行了相关研讨，效果宣布在《天然通讯》（Nature Communications )上。

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