Bulge试验和AFM评价的片上器官软生物膜的力学性能。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:58
文章英文标题
Mechanical Properties of Soft Biological Membranes for Organ-on-a-Chip Assessed by Bulge Test and AFM.
正文
称为‘芯片上器官’的先进体外模型可以模拟各种组织中发现的特定细胞环境。其中许多模型包括一种薄的,有时是柔性的,旨在模拟体内屏障的细胞外基质( ECM )支架的膜。这些膜往往是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成的,这种硅橡胶对基膜的化学和物理性能模拟较差。然而,ECM及其力学特性对组织的稳态起着关键作用。在这里,我们报告了具有类似于体内发现的成分和机械性能的生物膜。制备了两种胶原-弹性蛋白( collagen-elastin,CE )膜:玻璃化膜和非玻璃化膜(称为\"水凝胶膜\" )。采用鼓胀试验方法对其力学性能进行了表征。利用原子力显微镜( AFM )对结果进行了比较,这是一种用于评价软材料在纳米级的杨氏模量的标准技术。结果表明,通过调节CE的配比、制备方式(玻璃化与否)和/或温度等参数,可以制备出硬度在几百kPa到1 kPa之间的CE膜。利用鼓胀试验可以很容易地确定杨氏模量。这种方法是一种稳健和重复性好的测定膜刚度的方法,即使对于软膜,也更难用AFM来评估。评估基底刚度对人成纤维细胞在这些表面铺展的影响表明,细胞铺展在较软的表面比在较硬的表面要低。
文章内容(英文)
Advanced in vitro models called \"organ-on-a-chip\" can mimic the specific cellular environment found in various tissues. Many of these models include a thin, sometimes flexible, membrane aimed at mimicking the extracellular matrix (ECM) scaffold of in vivo barriers. These membranes are often made of polydimethylsiloxane (PDMS), a silicone rubber that poorly mimics the chemical and physical properties of the basal membrane. However, the ECM and its mechanical properties play a key role in the homeostasis of a tissue. Here, we report about biological membranes with a composition and mechanical properties similar to those found in vivo. Two types of collagen-elastin (CE) membranes were produced: vitrified and nonvitrified (called \"hydrogel membrane\"). Their mechanical properties were characterized using the bulge test method. The results were compared using atomic force microscopy (AFM), a standard technique used to evaluate the Young's modulus of soft materials at the nanoscale. Our results show that CE membranes with stiffnesses ranging from several hundred of kPa down to 1 kPa can be produced by tuning the CE ratio, the production mode (vitrified or not), and/or certain parameters such as temperature. The Young's modulus can easily be determined using the bulge test. This method is a robust and reproducible to determine membrane stiffness, even for soft membranes, which are more difficult to assess by AFM. Assessment of the impact of substrate stiffness on the spread of human fibroblasts on these surfaces showed that cell spread is lower on softer surfaces than on stiffer surfaces.
来源出处
Journal|[J]ACS Biomaterials Science & Engineering2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSBIOMATERIALS.0C00515

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