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杭州軒轅科技有限公司

主營產品： 生物納米壓痕儀,生物組織納米壓痕儀,SFA2000表面力儀

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Optics11生物納米壓痕儀測量多孔膠原蛋白生物支架的剛度、楊氏模量、表征

2023-5-8　閱讀(2732)

簡介：

用于組織重建的I型膠原支架通常具有受損的機械特性，例如剛度有限和缺乏強度。本研究提出了一種新技術，通過用濃縮鹽溶液處理來微調膠原蛋白支架的剛度和生物降解性。膠原蛋白支架通過鑄造、冷凍和凍干過程制備。支架用90%飽和鹽溶液處理，鹽取自Hofmeister系列，然后進行化學交聯。用由二價陽離子和一價陰離子組成的鹽處理，例如CaCl2，導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。這種效應可以精確到單個膠原蛋白分子的水平，并表明收縮效應是由三螺旋內穩定氫鍵的破壞驅動的。鈣中無鈣沉積物2處理過的支架。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，但減少了細胞內流并增加了結構完整性，3個月后沒有顯著降解的跡象。綜上所述，高濃度離液鹽可用于調節膠原支架的力學特性，而不影響生物相容性。該技術可用于再生醫學中，以加強膠原蛋白支架以更好地順應周圍組織，但也可用于例如緩釋藥物輸送系統。

實驗部分：

剛度的測定

氯化鈣的剛度2、氯化鈉和氫2用PIUMA納米壓頭測量O處理過的膠原蛋白支架（Optics11，荷蘭阿姆斯特丹;圖 3A）。16在測量之前，將支架在PBS中孵育30分鐘，然后在PBS中的60%牛血清白蛋白中進行5分鐘的鈍化步驟，以防止探針粘附在支架上。每個樣品在25×1 mm的網格中進行1個壓痕，單個壓痕之間的距離為200μm（圖3B）。對于軟樣品，壓頭探頭的剛度為 0.05 N m?1對于較硬的樣品，使用剛度為 0.47 N m 的探頭?1.兩個探頭的直徑均為180μm。壓痕深度，以 5 μm s 的速度達到?1，為15μm，探針保持在原位2秒（壓痕時間）。每種腳手架類型獨立測量3次。

結果：

使用納米壓痕評估剛度（圖3）。氯化鈣2、氯化鈉和氫2O處理過的支架獨立測量三次，每個支架在不同位置有25個壓痕（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，最有可能的是當正好凹進在多孔支架中的膠原蛋白結構頂部時，表明CaCl的剛度2處理過的膠原蛋白材料高于 7.4 × 103帕。

。3 使用納米壓痕進行機械表征。（A）PIUMA納米壓痕設備的工作機理：探針（1）連接到懸臂（2）壓痕樣品（3）并彎曲通過。彎曲程度通過光纜（4）測量并轉換為剛度。（B）用代表性SEM圖像可視化的支架上的壓痕位置。（C）氯化鈣的剛度2、氯化鈉和氫2用PIUMA納米壓痕儀測量O處理過的支架。每個條件一式三份進行測試，每個支架有 25 個壓痕。條形表示均值±均值的標準誤差。單因素方差分析與邦弗朗尼事后檢驗。

Optics11成立于2011年，是阿姆斯特丹自由大學(VU)的衍生組織。從那時起，這家初創公司的收入和員工持續增長，成為荷蘭發展最快的公司之一，并具有國際影響力。Optics11 Life提供功能*的新型納米壓痕儀，與傳統的同類產品相比，使用方便、功能多樣、堅固耐用。主要用于測量復雜、不規則的生物材料，如單細胞、組織、水凝膠和涂層的機械性能。

Piuma Nanoindenter

生物組織、軟物質材料力學性能測試的新方法

Piuma是功能*的臺式儀器，可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機械特性。表征尺度從宏觀直至細胞。專為分析測試軟材料而設計，測量復雜和不規則材料在生理條件下的力學性能。杭州軒轅科技有限公司

主要優勢

● 內置攝像鏡頭，方便實時觀察樣品臺

● 實時分析計算測量結果，原始數據并將以文本文件存儲，方便任何時候導入Dataviewer軟件進行復雜處理

● 探針經過預先校準，即插即用。對于時間敏感的樣品確保了快速測量

● 光纖干涉MEMS技術能夠以無損的方式測量即使是最軟的材料，并保證分辨率。同時探針可以重復使用Piuma軒轅納米壓痕儀Piuma軒轅納米壓痕儀

技術參數

模量測試范圍	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。

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

● 借助功能*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
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