ACS Nano：原子力显微镜在揭示肿瘤纳米机械生物学与热力学中的应用

肿瘤的发生发展是分子信号、细胞力学与能量代谢共同作用的复杂过程。传统研究多聚焦分子通路，对纳米尺度下肿瘤细胞的机械特性（如硬度、弹性、变形行为）和热力学规律（如能量传递、代谢热变化）研究不足。原子力显微镜（AFM）作为纳米表征核心技术，可在皮牛级力分辨率、纳米级空间分辨率下，直接探测活细胞的表面形貌、杨氏模量等参数，为“机械-能量”维度的肿瘤研究提供了技术支撑。但传统AFM存在局限：嵌套指数与滤波器选择不合理导致力学参数报告失真，杨氏模量数学模型适配性不足，且总变形能、弹性能等关键生物力学因素常被忽略，亟需方法学突破与跨学科融合。

 1. 方法学优化：AFM 分析流程的标准化 

针对传统AFM在细胞纳米机械生物学分析中的缺陷，研究团队优化了嵌套指数与滤波器的选择逻辑，建立了适配细胞分析的标准化流程，大幅提升了波纹度、粗糙度、杨氏模量等参数的准确性。例如，通过定义更精准的参数阈值，AFM对肿瘤细胞与正常细胞力学异质性的区分度显著提升，解决了因方法学缺陷导致的实验结果不可靠问题。

 2. 技术融合：人工智能与 AFM 的跨界应用 

研究开发了基于人工智能的细胞分类器，将AFM采集的纳米力学与形貌数据转化为高维特征，通过机器学习算法实现正常细胞与癌细胞的精准区分。结果显示，该分类器可识别出传统方法难以察觉的肿瘤细胞特异性力学表型，为癌症早期诊断提供了“力学标志物”新方向，证明AFM与人工智能的融合可突破人工分析的效率与精度瓶颈。

 3. 学科交叉：纳米机械生物学与热力学的关联探索 

研究首次系统性探索了肿瘤细胞纳米机械特性与热力学行为的关联：通过AFM监测细胞变形过程中的总变形能、弹性能、塑性能等能量变化，结合热力学模型分析肿瘤细胞的能量代谢规律。结果揭示了“机械应力-能量代谢-肿瘤增殖/侵袭”的内在联系，例如癌细胞的高变形能与其异常活跃的糖酵解代谢存在量化关联，为理解肿瘤微环境的“机械-能量” 耦合机制提供了直接实验证据。