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助力Science子刊再發(fā)表，揭示子宮修復(fù)材料的力學(xué)奧秘
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導(dǎo)讀
宮腔粘連是指子宮內(nèi)膜和子宮壁之間過(guò)度粘連在一起，導(dǎo)致子宮腔的形態(tài)和功能受損。宮腔粘連的嚴(yán)重程度可分為輕、中、重三個(gè)級(jí)別，嚴(yán)重宮腔粘連的復(fù)發(fā)率高達(dá)60%，目前仍缺乏有效的預(yù)防和治療。四川大學(xué)華西醫(yī)院解慧琪研究員團(tuán)隊(duì)受子宮特性的啟發(fā)，開發(fā)了一種具有仿生異質(zhì)特征的雙層支架(ECM- SPS)和子宮細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)微環(huán)境，該研究成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Science Advances》（IF=13.6）上。文章中使用了島津萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)AGX-V2 500N測(cè)定該雙層支架的粘接抗折強(qiáng)度，同時(shí)島津分析中心劉仁威博士使用原子力顯微鏡SPM-9700HT的納米物性分析軟件（Nano 3D Mapping）對(duì)改性前后材料的形貌和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，為該文章的順利發(fā)表提供了有力數(shù)據(jù)支持。
圖1 文章首頁(yè)
研究成果鑒賞
l 樣品的粘接抗折強(qiáng)度表征
電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)AGX-V2（圖2）是島津精心打造的新一代電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，采用了先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，結(jié)合了先進(jìn)的力學(xué)性能測(cè)試功能和智能控制器，是一款綜合能力強(qiáng)的儀器，在醫(yī)療研究領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。AGX-V2搭載了多處理器與控制單元搭載了2個(gè)處理器和3個(gè)控制單元，最高能實(shí)現(xiàn)10 KHz（0.1 ms間隔）的超高速采樣，可有效測(cè)得脆性材料斷裂瞬間的急速且微小的變化；可以配合使用各種引伸計(jì)/位移計(jì)，達(dá)到0.5級(jí)的精度要求，完成精確地應(yīng)變測(cè)量，能滿足拉伸中精確的縱向/寬度應(yīng)變測(cè)量，彎曲應(yīng)變測(cè)量的需求。
圖2 島津AGX-V2桌上型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)
文中小腸粘膜下層（SIS）和聚氨酯/小腸粘膜下層（PU/SIS）復(fù)合物是由聚氨酯（PU）乳液粘接得到的一體化雙層支架（SPS），為了評(píng)估不同濃度PU乳液的粘接強(qiáng)度，使用島津AGX-V2電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn)180°剝離試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試(圖3b和圖4A)，結(jié)果表明，當(dāng)PU乳液濃度達(dá)到9%時(shí)，兩層之間形成了強(qiáng)界面(圖3)，因此，采用9% PU制備SPS雙層支架，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。將待測(cè)定的樣品制備成10 mm寬，所有試驗(yàn)均以10 mm/min的恒定剝離速度進(jìn)行。當(dāng)剝離過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，測(cè)得的力達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，最后通過(guò)計(jì)算公式（剝離強(qiáng)度=達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的力/試樣寬度）計(jì)算出雙層SPS復(fù)合材料的粘接抗折強(qiáng)度。
圖3 (A)不同濃度PU乳液在SPS上的剝離強(qiáng)度，(B)重疊剪切試驗(yàn)示意圖，
(C)雙層SPS復(fù)合材料的平均粘著剪切強(qiáng)度
圖4 （A）180°剝離試驗(yàn)示意圖，(B)雙層SPS復(fù)合材料剝離強(qiáng)度-位移曲線
l 樣品的表面形貌和彈性模量表征
SPM-9700HT是島津公司在售的原子力顯微鏡系列中的一款，其標(biāo)配高速掃描器，可配置各種功能模塊實(shí)現(xiàn)樣品表面電流、電勢(shì)、磁疇及納米力學(xué)性質(zhì)的測(cè)量；可配置專業(yè)的環(huán)境控制艙，實(shí)現(xiàn)不同氛圍下的原位測(cè)試，是一款綜合能力強(qiáng)的儀器。
圖5島津原子力顯微鏡SPM-9700HT
在生物實(shí)驗(yàn)中，選擇子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞(ECs)和平滑肌細(xì)胞(SMCs)作為功能細(xì)胞，在SPS支架表面構(gòu)建組織特異性ECM，驗(yàn)證功能細(xì)胞衍生的ECM對(duì)組織功能再生的影響。為了對(duì)比觀測(cè)SIS、ECMECs -SIS、PU/SIS和ECMSMCs -PU/SIS膜的形貌和力學(xué)性質(zhì)，使用島津SPM-9700HT的納米物性分析軟件（Nano 3D Mapping）進(jìn)行表征，獲得了四組樣品同一區(qū)域的表面形貌圖和彈性模量分布圖（圖6A），同時(shí)通過(guò)軟件計(jì)算獲得了它們的彈性模量，結(jié)果表明：ECMECs -SIS的彈性模量低于SIS，而ECMSMCs -PU/SIS的彈性模量高于PU/SIS。
圖6 不同樣品的表面形貌及彈性模量分布圖
專家心聲
趙龍梅博士使用島津SPM在測(cè)試中
文章第一作者趙龍梅博士表示：在該工作中，我們開發(fā)了一種具有仿生異質(zhì)特征的雙層支架，該支架不僅需要關(guān)注其生物相容性，還要考慮其力學(xué)性質(zhì)，因此前期使用了島津AGX-V2電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定樣品的粘接抗折強(qiáng)度。但在成果的發(fā)表過(guò)程中，審稿人對(duì)我們制備的材料的承載性，也就是膜自身的軟硬程度提出了疑問(wèn)，希望能有相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為支撐，在島津分析中心劉仁威博士和鄭瑞工程師的幫助下，使用島津原子力顯微鏡SPM-9700HT非常快速的完成了樣品的表面形貌和彈性模量的測(cè)定，及時(shí)回復(fù)了審稿人提出的問(wèn)題，讓我們的文章順利接收。非常感謝島津分析中心，希望在后續(xù)的合作中能夠進(jìn)一步拓展應(yīng)用研究，取得更好的實(shí)驗(yàn)成果。
文中推薦技術(shù)方法方案僅用于醫(yī)學(xué)專業(yè)人士技術(shù)交流，不作為臨床診斷依據(jù)。