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評估納米壓痕在軟生物材料(腎臟、肝臟、脾臟和子宮)硬度測量中的應用

作者:杭州軒轅科技有限公司 2023-05-05T00:00 (訪問量:13396)

align="center" style="padding: 0px 10px; margin: 0px; border: 1px solid rgb(0, 0, 0); text-align: center; word-break: break-all;">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測試環境air, liquid (buffer/medium)粗調行程

X*Y:12×12 mm?Z:12 mm

加載模式

Displacement / Load* / Indentation*測試類型

準靜態(單點,矩陣)

蠕變,應力松弛

DMA動態掃描?(E', E'', tanδ)

動態掃描頻率*
0.1 - 10 Hz內置擬合模型Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR)*為可選升級配置


Fiber-On-Top 探頭

新型光纖干涉式懸臂梁探頭,利用干涉儀來監測懸臂梁形變。638115393727713280157.jpg


相較于原子力顯微鏡或傳統納米壓痕儀

創新型光纖探頭,彌補了傳統納米壓痕儀無法測試軟物質的問題,也解決了AFM在力學測試中的波動大,操作困難、制樣嚴苛等常見缺陷。


●?背景噪音低:激光干涉儀抗干擾強于AFM反射光路

●?制樣更簡單:對樣品的粗糙度寬容度高于AFM

●?剛度選擇更準確:平行懸臂梁結構有利于準確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關系,便于選擇合適剛度探頭來保證彈性形變關系的穩定性,進而獲得重復率更高、準確性更好的數據



內置分析軟件

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●?借助功能強大而易于操作的軟件,用戶可以自由控制壓痕程序(載荷、位移等)。自動處理曲線的流程,可以獲得數據和結果的快速分析


●?原始參數完整txt導出,便于后續復雜處理的需要


●?利用Hertz接觸模型從加載部分計算彈性模量,與常用的Oliver&Pharr方法相比,更為適合生物組織和軟物質材料特性



視頻介紹


近期文獻



年 份期 刊題 目
2022Advanced Functional MaterialsEngineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement
2022BiomaterialsHydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids
2021Biofabrication3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink
2021nature communicationsJanus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration
2020Environmental Science & TechnologyEffect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties
2020Acta BiomaterialiaA multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas














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抽象

具有高空間分辨率和力靈敏度的納米壓痕技術廣泛用于測量硬質生物材料和組織的機械性能。然而,其分析軟生物材料和器官的可靠性尚未經過測試。在這里,我們評估了納米壓痕測量軟生物標本的被動力學性能的效用。從C57BL / 6 N小鼠中收獲腎臟,肝臟,脾臟和子宮樣品。我們使用Bland-Altman圖,類內相關系數(ICC)和受試者內變異系數(COV)評估了生物標本和水凝膠對照中的測試-復測試重復性。結果使用Hertzian,JKR和Oliver & Pherr模型計算得出。與水凝膠類似,所有生物標本的Bland-Altman圖在剛度測試和復試檢查中表現出良好的可靠性。在所有三種模型中,ICC均大于0.8,COV小于15%。在腎臟,肝臟,脾臟和子宮中,ICC僅在Hertzian模型中始終大于0.8,而在JKR和Oliver & Pherr模型中則不然。同樣,僅在赫茲模型中腎臟、肝臟、脾臟和子宮的COV始終小于15%,而在其他模型中則不然。我們得出結論,納米壓痕技術在檢測腎臟,肝臟,脾臟和子宮的硬度方面是可行的。赫茲模型是提供所研究生物標本離體器官剛度可靠結果的首選方法。

材料和方法

動物

從5周,10周,20周和30周齡C57BL / 6 N小鼠解剖腎臟,肝臟和脾臟。對于腎臟和脾臟,使用每種性別和年齡的2只小鼠。對于肝臟,使用每種性別和年齡的2至4只小鼠。對于子宮,使用了八只小鼠,所有這些小鼠都在100天左右。這些實驗得到了當地動物護理委員會(LAGeSo,德國柏林)和馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心(MDC)動物福利官員的批準(編號X 9011/19)。

基質水凝膠

具有不同剛度的水凝膠(1 kPa,2 kPa,4 kPa,8 kPa,12 kPa和25 kPa)從Softwell,Matrigen,Matrigen Life Technologies,Brea,CA購買,用于質量控制(1 kPa,2 kPa,4 kPa,8 kPa,12 kPa和25 kPa;N = 1 到 3)。

組織制備

左腎和右腎分別從側中線分為兩個圖)。3A,四個部分全部縮進。肝臟樣本取自左葉(圖)。A). 整個收獲脾臟用于實驗(圖)。4選擇并打開左子宮角(圖)。5答,B)。所有器官都經過清潔,去除器官表面可見的血液,脂肪,膜或血管,但避免損壞它們的實質。為了獲得平坦的表面,我們將所有樣品粘貼到直徑為6厘米的培養皿底部,并用蟲膠(Sigma)使外表面平整。將組織樣品浸入PBS(NaCl 4.0 M,KCl 137.0 M,Na2高原油40.01 米,千米2采購訂單40.0018米;酸堿度 7.4)。

納米壓痕

為了確定彈性特性,我們使用了位移控制的納米壓痕儀(Piuma;光學11,荷蘭阿姆斯特丹)。該設備采用套圈頂部懸臂探頭3233施加負載并使用基于光纖的讀數同時測量壓痕深度(圖)。1A). 我們使用半徑為 50 μm 且懸臂剛度為 0.5 N/m 的球形探頭。在每一系列實驗之前,通過壓入剛性表面并將懸臂彎曲等同于探頭位移來進行懸臂彎曲校準。之后,將探針聚焦在組織表面的適當區域(圖。1B、3A、4A、5A、6B)。在25×5 μm網格掃描中,將每個凝膠壓痕5次(800×800個基質),測量間隔距離為200 μm。腎臟、肝臟和脾臟樣品在9××3μm網格掃描中用3個壓痕(200個基質)壓進(圖。200B、3B、4B)。在子宮中,分別在子宮的近端、中部和遠端測試了 5 × 4 μm 網格中具有 100 個單壓痕的三個壓痕矩陣(圖)。100B,C)。應用的壓痕方案由在6 nm壓痕深度下4 s的加載階段(保持8000秒)和卸載階段4 s組成。所有掃描都進行了兩次,以分析可靠性。左右腎四個部分所有結果的平均值表示為腎臟彈性。凝膠、肝臟和脾臟的硬度表示為每次掃描中所有結果的平均值。三次掃描結果的平均值作為子宮硬度。所有單個壓痕值均由 Piuma Dataviewer 版本 2.2 (Piuma;光學11,荷蘭阿姆斯特丹)。

討論

Piuma納米壓痕技術已廣泛應用于硬動物器官的生物材料剛度研究,例如骨骼25、耳內、鼻翼和鼻外隔細胞和細胞外基質 (ECM) 水平24,26,在膝關節22,在關節軟骨中23.其他例子是人類供體角膜27、纖維化腸組織30、胰腺無細胞支架31、軟板28尤其是鈣化的動脈瘤腹主動脈29.該技術在測量軟生物材料,特別是離體器官的剛度方面的可行性和可靠性尚不清楚。與硬質生物材料相比,軟質生物材料的某些性能,如粘彈性和附著力,更容易出現納米壓痕的偏差。我們的研究是第一個使用這項技術在體外測試軟生物器官的剛度,特別是來自小鼠的剛度,這些器官廣泛用于模擬人類和動物疾病。我們應用了Piuma納米壓痕技術,該技術易于使用,并利用特定的探針來測量楊氏模量,以匹配組織的特定樣品特性42,43,44?

地 址: 德信AI產業園c棟

聯系人: 鄧順

電 話: 19357158997

傳 真: 0571-87089231

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