哈尔滨工业大学：谢晖研究组在纳米力学测量成像方面取得重要进展

【成果简介】

哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室谢晖教授研究组在纳米力学测量成像方面研究取得了重要进展。研究成果以“Broad modulus range nanomechanical mapping by magnetic-drive soft probes”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。哈尔滨工业大学为该成果的唯一完成单位。

【图文导读】

图1 纳米力学成像技术的磁驱动强度和模量范围

（a）探头以不同的驱动电流（A_c）在1 kHz和2 kHz振荡时校准的磁力驱动力（A_f）和P_loss；

（b）将1 kPa至20 GPa的各种常见物质的弹性模量统一为两个仅使用两个弹簧常数为0.006 N m^-1和2 N m^-1的探针模量谱中。

图2 大肠杆菌TOP10细胞的高空间分辨率纳米力学成像

（a）大肠杆菌细胞形貌；

（b）粘附力图；

（c）DMT理论计算得到的较低的弹性模量；

（d）分别从a-c获得的高度图（顶部）和弹性模量图（底部）。

【研究内容】

作为新型交叉领域，纳米力学旨在研究纳米尺度下物理对象（系统）的基本力学特性，是纳米摩擦学、纳米流体学与纳米机电系统等领域的重要研究内容，为纳米器件（系统）的设计与制造提供理论支持。纳米力学研究有助于在细胞、分子层面上揭示疾病产生机理，指导新药的筛选与研发。而纳米力学测量有助于揭示材料在纳米尺度下的特殊力学性质，推进新型高性能材料的研究。

谢晖教授研究组提出了磁驱峰值力调制原子力显微镜纳米力学成像新方法，并以此自主研发了新型成像系统。该方法将单探针的模量测量范围拓宽到4个数量级以上，高出现有同类方法2个数量级，解决了多组分、大模量跨度复合材料的纳米力学特性扫描成像的难题；首次实现了目前商用最软探针（6 pN/nm）在液体环境中的峰值力调制，解决了液体环境中极软材料纳米力学特性扫描成像的难题。成果为多环境下纳米材料、生物材料、尤其是多组分材料的纳米力学测量成像提供了方法、技术与系统支撑，将为下一代原子力显微镜纳米力学测量成像提供一种新的方法。

谢晖教授在国家自然基金优秀青年基金等项目资助下，长期从事微纳机器人理论、技术与系统方面的研究，面向微纳制造、纳米医学等领域对微纳米操纵、组装、测试和表征的需求，从揭示微纳米界面交互作用机理入手，突破多项关键技术，构建了创新性微纳机器人系统。研究为纳米结构与器件制造，新型纳米材料、结构与器件、生物细胞等特性测试与表征提供了方法和平台支持。

原文链接：http://news.hit.edu.cn/e6/d9/c416a190169/page.htm。

文献链接：Broad modulus range nanomechanical mapping by magnetic-drive soft probes（Nature Communications，2017，DOI:10.1038/s41467-017-02032-y）

本文由材料人编辑部王冰编辑，点我加入材料人编辑部。

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