近日，国际顶级综合性期刊《Advanced Science》（中科院TOP一区，IF:14.1）以“A versatile three dimensional traction force microscopy framework for uncovering the mechanics of bio-adhesion”为标题在线发表了西北工业大学力学与交通运载工程学院王富生教授及其合作者在界面力学领域的最新研究成果。该研究构建了一种通用的原位三维牵引力显微镜框架，旨在实现组织尺度下湿态环境界面的三维力学分布测量。

牵引力显微镜是生物界面力学表征的主流技术之一，然而现有技术多侧重于单细胞层面的微小变形测量（通常为亚微米级），且常需借助共聚焦显微成像及荧光标记手段，在视场范围及光毒性方面存在局限性，难以直接应用于大尺寸生物组织（如海洋生物粘附、软组织工程等）的宏观力学表征。此外，针对弹性体基底变形的力学反演，传统方法常采用线弹性近似，这在一定程度上限制了测量精度。本研究提出一种融合立体数字图像相关技术与非线性有限元分析的混合测量框架，建立了一套通用的软界面原位力学表征平台。研究亮点及创新点体现在：

1.构建宏观尺度三维测量系统：该系统基于双目立体视觉原理，能够在毫米级视场内捕捉微米量级（10-50微米）的表面三维变形和界面牵引力分布，为组织尺度的原位力学观测提供了有效的实验手段。

2.引入超弹性本构模型优化计算精度：针对弹性体基底（如聚二甲基硅氧烷）的力学反演，研究指出在大变形区域的材料非线性特征不可忽略；通过引入Ogden超弹性本构模型描述基底行为，在理论上修正了线弹性假设在局部高应变区域可能产生的偏差，从而提升了空间力场重构的准确性。

3.湿态环境下的测量稳定性: 通过钢球压痕受控实验验证，表明该方法在干态及湿态环境下均表现出良好的测量一致性；合力测量偏差控制在10%以内，表明该系统具有较好的环境适应性。

湿态环境下三维界面力学测量系统

在软物质大变形力学测量中，该研究强调了考虑传感基底超弹性行为对于保证空间测量精度的必要性。该方法无需荧光标记，适用于生物医学工程中手术胶水、软体机器人接口和水下粘合剂的力学性能评估，为解析复杂生物界面的力学传导机制提供了新的途径。

该研究获得了英国Leverhulme Trust及EPSRC基金资助。伦敦玛丽女王大学工程与材料科学学院侯英伟博士为该文第一作者，伦敦玛丽女王大学工程与材料科学学院刘涛博士、西北工业大学力学与交通运载工程学院王富生教授为该文的共同通讯作者。

（文字：刘涛，王富生 图片：侯英伟，刘涛 审核：巨维博）