生物压痕仪（BHT）在聚丙烯酰胺水凝胶方面的应用

• 关键词：生物压痕仪,水凝胶
• 摘要：水凝胶是具有高液体含量的极软材料，最近已用于生物学和临床研究的各个领域，例如从骨质疏松症到组织再生再到出血控制。许多水凝胶被认为是许多类型组织的替代或再生的潜在候选物，或者是人体其他软组织的生长底物。适当而有效地将水凝胶用于特定的细胞再生，生长和组织替代需要对它们的机械性能有深入的了解.

水凝胶(图1)是具有高液体含量的极软材料，最近已用于生物学和临床研究的各个领域，例如从骨质疏松症到组织再生再到出血控制。许多水凝胶被认为是许多类型组织的替代或再生的潜在候选物，或者是人体其他软组织的生长底物。适当而有效地将水凝胶用于特定的细胞再生，生长和组织替代需要对它们的机械性能有深入的了解[1,2]。例如，生长基质的结构和机械性质可以充当细胞行为的生物力学调节剂，并因此确定生长细胞的功能和质量。还发现水凝胶基质的弹性可以显着影响组织的体内平衡[3]，这对于有效的组织再生至关重要。因此，用于生物医学的水凝胶的弹性(通常是机械)特性的测量非常重要。

图1- 典型水凝胶样品

本应用报告介绍了使用一种新型的生物压痕纳米压痕设备称为生物压痕器(BHT)的几种类型的软聚丙烯酰胺水凝胶的机械和蠕变性能测量结果。该Bioindenter已设计用于生物力学领域，与“传统”硬质材料相比，生物力学领域通常需要不同的样品处理和测试条件。

该纳米压痕设备基于成功的超纳米压痕测试仪(UNHT)，在力和位移测量中均具有出色的热稳定性和高分辨率。由于生物材料非常柔软，并且对于确定这些材料的蠕变性能必不可少，因此需要微牛顿的正常载荷和数十微米的位移。压痕程序已经过调整并经过验证，可用于液体中的自动测试以及具有不平坦表面的样品的测试。

出于这项研究的目的，已经选择了聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶，因为它们是许多生物学实验室用于细胞培养或组织替代的常见生长底物。可以轻松地调整其机械性能以获得约10 kPa至约200 kPa的弹性模量，因此它们很适合在广泛的弹性性能范围内演示生物压痕程序。

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