土壤是微生物-材料相互作用和环境响应的动态系统。土壤-微生物复合体是一个集成的、适应性强的系统，可以根据外部环境重塑其状态。受土壤这些特性的启发，研究人员设计了一种化学系统，在该系统中，外部刺激可以诱导感应和改变。中国科学院深圳先进技术研究院(SIAT)的高翔教授是该研究的共同第一作者。
这项研究于10月24日发表在《自然化学》上。
土壤的微生物定殖环境是自然界中微生物与物质相互作用的完美例子。一方面，内源性土壤矿物质和土壤有机质与水分、机械力等外源性因素动态相互作用，引导土壤微生物群落。另一方面，土壤微生物调节生物地球化学循环，使土壤富含氮、磷和硫等营养物质。
研究小组提出了一种自下而上的合成方法来构建由纳米结构矿物质、淀粉颗粒和液态金属组成的化学系统，以便松散地代表土壤中固定的无机和有机材料以及流动相。
“该系统具有化学、光学和机械响应，具有可编程特性，”该研究的通讯作者和第一作者、现任新加坡国立大学助理教授林义良教授说。“我们可以用机械压力或激光图案将导电信息‘编码’到材料中，然后用化学蒸汽‘擦除’导电性。整个过程是可逆的。”
除了与真实土壤的结构相似性及其动态响应性外，受土壤启发的化学系统不仅可以增强体外微生物代谢，还可以丰富病理条件下的肠道细菌多样性并调节体内细菌生态失调。
在体内实验中，受土壤启发的化学系统增强了肠道微生物群的丰度，并在病理条件下调节了失调的肠道微生物。“受土壤启发的化学系统显示出治疗胃肠道疾病的前景，”该研究的共同第一作者、SIAT的高翔教授说。
除了用于肠道微生物群之外，这种化学系统还可用于研究其他微生物系统，例如皮肤和土壤微生物群，这可能对人类健康以及农业生态系统的稳定性和生产力产生影响。
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