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用于組織重建的I型膠原支架通常具有受損的機(jī)械特性，例如剛度有限和缺乏強(qiáng)度。本研究提出了一種新技術(shù)，通過(guò)用濃縮鹽溶液處理來(lái)微調(diào)膠原蛋白支架的剛度和生物降解性。膠原蛋白支架通過(guò)鑄造、冷凍和凍干過(guò)程制備。支架用90%飽和鹽溶液處理，鹽取自Hofmeister系列，然后進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)。用由二價(jià)陽(yáng)離子和一價(jià)陰離子組成的鹽處理，例如CaCl2，導(dǎo)致支架快速收縮至原始表面積的約 10%。有效鹽主要在霍夫邁斯特系列的離液末端。收縮的支架比不收縮的對(duì)照支架硬10倍以上，并且顯示出孔徑減小和腫脹，組織較少的膠原纖維。這種效應(yīng)可以精確到單個(gè)膠原蛋白分子的水平，并表明收縮效應(yīng)是由三螺旋內(nèi)穩(wěn)定氫鍵的破壞驅(qū)動(dòng)的。鈣中無(wú)鈣沉積物2處理過(guò)的支架。與H相比，大鼠皮下植入顯示出相似的生物相容性2O和NaCl處理支架，但減少了細(xì)胞內(nèi)流并增加了結(jié)構(gòu)完整性，3個(gè)月后沒(méi)有顯著降解的跡象。綜上所述，高濃度離液鹽可用于調(diào)節(jié)膠原支架的力學(xué)特性，而不影響生物相容性。該技術(shù)可用于再生醫(yī)學(xué)中，以加強(qiáng)膠原蛋白支架以更好地順應(yīng)周?chē)M織，但也可用于例如緩釋藥物輸送系統(tǒng)。
氯化鈣的剛度2、氯化鈉和氫2用PIUMA納米壓頭測(cè)量O處理過(guò)的膠原蛋白支架（Optics11，荷蘭阿姆斯特丹;圖 3A）。16在測(cè)量之前，將支架在PBS中孵育30分鐘，然后在PBS中的60%牛血清白蛋白中進(jìn)行5分鐘的鈍化步驟，以防止探針粘附在支架上。每個(gè)樣品在25×1 mm的網(wǎng)格中進(jìn)行1個(gè)壓痕，單個(gè)壓痕之間的距離為200μm（圖3B）。對(duì)于軟樣品，壓頭探頭的剛度為 0.05 N m?1對(duì)于較硬的樣品，使用剛度為 0.47 N m 的探頭?1.兩個(gè)探頭的直徑均為180μm。壓痕深度，以 5 μm s 的速度達(dá)到?1，為15μm，探針保持在原位2秒（壓痕時(shí)間）。每種腳手架類(lèi)型獨(dú)立測(cè)量3次。
使用納米壓痕評(píng)估剛度（圖3）。氯化鈣2、氯化鈉和氫2O處理過(guò)的支架獨(dú)立測(cè)量三次，每個(gè)支架在不同位置有25個(gè)壓痕（圖3B）。氯化鈣2腳手架 （7.4 × 103Pa）比NaCl更硬（1.2×103帕）和H2O 處理支架 （4.4 × 102Pa）如（圖3C）所示。峰值顯示剛度大于 3.0 × 104Pa，最有可能的是當(dāng)正好凹進(jìn)在多孔支架中的膠原蛋白結(jié)構(gòu)頂部時(shí)，表明CaCl的剛度2處理過(guò)的膠原蛋白材料高于 7.4 × 103帕。
Piuma是功能強(qiáng)大的臺(tái)式儀器，可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機(jī)械特性。表征尺度從宏觀直至細(xì)胞。專(zhuān)為分析測(cè)試軟材料而設(shè)計(jì)，測(cè)量復(fù)雜和不規(guī)則材料在生理?xiàng)l件下的力學(xué)性能。杭州軒轅科技有限公司
● 內(nèi)置攝像鏡頭，方便實(shí)時(shí)觀察樣品臺(tái)
● 實(shí)時(shí)分析計(jì)算測(cè)量結(jié)果，原始數(shù)據(jù)并將以文本文件存儲(chǔ)，方便任何時(shí)候?qū)隓ataviewer軟件進(jìn)行復(fù)雜處理
● 探針經(jīng)過(guò)預(yù)先校準(zhǔn)，即插即用。對(duì)于時(shí)間敏感的樣品確保了快速測(cè)量
● 光纖干涉MEMS技術(shù)能夠以無(wú)損的方式測(cè)量即使是最軟的材料，并保證分辨率。同時(shí)探針可以重復(fù)使用Piuma軒轅納米壓痕儀Piuma軒轅納米壓痕儀
| 模量測(cè)試范圍 | 5 Pa - 1 GPa |
| 探頭懸臂剛度 | 0.025 - 200 N/m |
| 探頭尺寸(半徑) | 3 - 250 μm |
| 最大壓痕深度 | 100 μm |
| 傳感器最大容量 | 200 |
| 測(cè)試環(huán)境 | air, liquid (buffer/medium) |
| 粗調(diào)行程 | X*Y：12×12 mm Z：12 mm |
加載模式 | Displacement / Load* / Indentation* |
| 測(cè)試類(lèi)型 | 準(zhǔn)靜態(tài)(單點(diǎn)，矩陣) 蠕變，應(yīng)力松弛 DMA動(dòng)態(tài)掃描 (E', E'', tanδ) |
| 動(dòng)態(tài)掃描頻率* | 0.1 - 10 Hz |
| 內(nèi)置擬合模型 | Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR) |
| *為可選升級(jí)配置 | |
新型光纖干涉式懸臂梁探頭，利用干涉儀來(lái)監(jiān)測(cè)懸臂梁形變。
創(chuàng)新型光纖探頭，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)納米壓痕儀無(wú)法測(cè)試軟物質(zhì)的問(wèn)題，也解決了AFM在力學(xué)測(cè)試中的波動(dòng)大，操作困難、制樣嚴(yán)苛等常見(jiàn)缺陷。
● 背景噪音低：激光干涉儀抗干擾強(qiáng)于AFM反射光路
● 制樣更簡(jiǎn)單：對(duì)樣品的粗糙度寬容度高于AFM
● 剛度選擇更準(zhǔn)確：平行懸臂梁結(jié)構(gòu)有利于準(zhǔn)確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關(guān)系，便于選擇合適剛度探頭來(lái)保證彈性形變關(guān)系的穩(wěn)定性，進(jìn)而獲得重復(fù)率更高、準(zhǔn)確性更好的數(shù)據(jù)
● 借助功能強(qiáng)大而易于操作的軟件，用戶(hù)可以自由控制壓痕程序（載荷、位移等）。自動(dòng)處理曲線(xiàn)的流程，可以獲得數(shù)據(jù)和結(jié)果的快速分析
● 原始參數(shù)完整txt導(dǎo)出，便于后續(xù)復(fù)雜處理的需要
● 利用Hertz接觸模型從加載部分計(jì)算彈性模量，與常用的Oliver&Pharr方法相比，更為適合生物組織和軟物質(zhì)材料特性
| 年 份 | 期 刊 | 題 目 |
|---|---|---|
| 2022 | Advanced Functional Materials | Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement |
| 2022 | Biomaterials | Hydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids |
| 2021 | Biofabrication | 3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink |
| 2021 | nature communications | Janus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration |
| 2020 | Environmental Science & Technology | Effect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties |
| 2020 | Acta Biomaterialia | A multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas |
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