Guidance of cellular nematic elastomers into shape-programmable living surfaces

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作者
Pau Guillamat,Waleed Mirza,Pradeep Kumar Bal,Manuel Gómez‐González,Pere Roca‐Cusachs,Marino Arroyo,Xavier Trepat
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:392 (6795): 317-323 被引量:10
标识
DOI:10.1126/science.adz9174
摘要

Engineering living materials that autonomously morph into predetermined shapes holds potential for synthetic morphogenesis and soft robotics. Harnessing cellular tissues to self-organize and generate forces offers a promising route toward this goal. However, controlling tissue mechanics to direct morphogenesis remains challenging. We introduce a strategy to program tissue-shape transformations through nematic organization of cellular forces. By controlling nematic order and topological defects, we generate tissues programmed with specific stress fields. Using a theoretical framework coupling contractile nematics with thin-sheet mechanics, we show that nematically guided active stresses can drive morphogenesis through Gaussian morphing. Experimentally, detachment of nematic tissues triggers out-of-plane deformations, generating reproducible three-dimensional shapes. Integrating contractility and nematic patterning, our approach establishes a framework for designing shape-programmable living surfaces.
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