机械刺激

AbstractThis paper introduces a compact mechanical stimulation device suitable for applications to study cellular mechanobiology. The pneumatically controlled device provides equiaxial strain for cells on a coated polydimethylsiloxane (PDMS) membrane and enables real time observation of cells with an inverted microscope. This study presents the implementation and operation principles of the device and characterizes membrane stretching. Different coating materials are also analyzed on an unstretched membrane to optimize the cell attachment on PDMS.

Details are presented for the formulation, fabrication, and mechanical characterization of mesoscopic freestanding polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer membranes, 10.0 microm thick and 5.0 mm in diameter, used to probe the rheology of a living epithelial sheet. In what is described as a composite diaphragm inflation (CDI) experiment, freestanding PDMS membranes are utilized as substrates for the culture of a sheet of epithelial cells.

Abstract\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tDetails are presented for the formulation, fabrication, and mechanical characterization of mesoscopic freestanding polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer membranes, 10.0 μm thick and 5.0 mm in diameter, used to probe the rheology of a living epithelial sheet. In what is described as a composite diaphragm inflation (CDI) experiment, freestanding PDMS membranes are utilized as substrates for the culture of a sheet of epithelial cells.

本文报道了一种新型生物相容性微机械生物反应器(执行器和传感器)，用于活体微组织的原位操作和表征。本研究的目的是开发和验证一种可获得、价格低廉、可调节、易于加工的应用靶向无菌生物反应器。我们的方法依靠简单的聚二甲基硅氧烷( PDMS )成型技术进行制造，与常用的实验室设备和材料兼容。我们独特的设计包括一个柔性的薄膜，它允许将一个外部驱动器转移到PDMS梁基驱动器和传感器中，置于常规的35 mm细胞培养培养皿内。通过计算分析和实验测试，我们证明了它的功能性、准确性、灵敏度和可调节的工作范围。通过时间历程测试，致动剂将20 %以上的菌株传递给可生物降解的电纺聚( D，L-丙交酯-co-乙交酯) ( PLGA ) 85∶15不定向纳米纤维( ~ 91µ m厚)。同时，该传感器能够表征在异丙醇( IPA )作用下杨氏模量(降至10 - 150kPa )的时间历程变化。此外，该驱动器将高达4 %的应变传递给PDMS单层膜( ~ 30 µ m厚)，同时表征其弹性模量高达~ 2.2 MPa。该平台重复施加0.23 Hz的动态拉伸刺激，使人皮肤成纤维细胞( HDF )存活12 h ( h )，记录细胞向两个角度区的再定向，平均为-58.85°和56.02°。该装置与活细胞的生物相容性显示一周，无细胞毒性迹象。

将球形弹性中空微胶囊( eHMCs )掺入其中，制备了透水性和吸水性明显增强的聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜，采用O / W / O乳化法制备eHMCs。在尽量减少PDMS弹性特性和透明性变化的同时，薄膜的透水性和吸收量与嵌入eHMCs的量成正比显著增加。eHMC - PDMS膜负载水溶性模型药物的释放速率可以通过施加在膜上的单轴机械刺激的大小和初始载药量来控制，而在没有外界刺激的情况下，药物从膜上的释放几乎可以忽略不计。因此，这些具有生物相容性和弹性的复合PDMS薄膜具有潜在的应用价值，包括作为一种利用机械刺激控制亲水性药物释放的简单易得和即时有效的方法以及一种具有增强吸水和渗透性的软弹性体。

体内的细胞受到各种机械应力，如周围细胞提供的拉伸或压缩，血液或淋巴液产生的剪切应力，管腔液体产生的正常应力。对生物组织施加力是更好地理解细胞对这种机械刺激响应的基本方法。关于将靶细胞贴附在柔性可扩展材料(包括聚二甲基硅氧烷( PDMS ) )上的压缩或拉伸实验，已有许多研究，但针对组织的研究还不完全。本文以小鼠附睾发育过程为例，介绍了机械组织压缩和基于图像分析的方法。我们展示了一系列步骤，包括从小鼠胚胎中进行组织剥离，使用手动装置进行基于水凝胶的压缩方法，以及无损容积组织成像。该方法有助于定量和探索组织水平的生物机械性反应系统。

体内的细胞受到各种机械应力，如周围细胞提供的拉伸或压缩，血液或淋巴液产生的剪切应力，管腔液体产生的正常应力。对生物组织施加力是更好地理解细胞对这种机械刺激响应的基本方法。关于将靶细胞贴附在柔性可扩展材料(包括聚二甲基硅氧烷( PDMS ) )上的压缩或拉伸实验，已有许多研究，但针对组织的研究还不完全。本文以小鼠附睾发育过程为例，介绍了机械组织压缩和基于图像分析的方法。我们展示了一系列步骤，包括从小鼠胚胎中进行组织剥离，使用手动装置进行基于水凝胶的压缩方法，以及无损容积组织成像。该方法有助于定量和探索组织水平的生物机械性反应系统。

本文报道了一种新型生物相容性微机械生物反应器(执行器和传感器)，用于活体微组织的原位操作和表征。本研究的目的是开发和验证一种可获取、价格低廉、可调节、易于加工的应用靶向无菌生物反应器。我们的方法依靠简单的聚二甲基硅氧烷( PDMS )成型技术进行制造，与常用的实验室设备和材料兼容。我们独特的设计包括一个柔性的薄膜，它允许将一个外部驱动器转移到PDMS梁基驱动器和传感器中，置于常规的35 mm细胞培养培养皿内。通过计算分析和实验测试，我们证明了它的功能性、准确性、灵敏度和可调节的工作范围。通过时间历程测试，致动剂将20 %以上的菌株传递给可生物降解的电纺聚( D，L-丙交酯-co-乙交酯) ( PLGA ) 85∶15不定向纳米纤维( ~ 91µ m厚)。同时，该传感器能够表征施加异丙醇( IPA )诱导的杨氏模量(下降到10 ~ 150 k Pa )的时间历程变化，并且执行器将高达4 %的应变传递到PDMS单层(厚~ 30 µ m )，同时表征其弹性模量高达~ 2.2 MPa。该平台将动态( 0.23 Hz )拉伸刺激反复作用于活人皮肤成纤维细胞( HDF )细胞12 h ( h )，记录细胞向两个角度区的重新取向，平均为-58.85°和56.02°，并显示该装置与活细胞的生物相容性为一周，未见细胞毒性迹象。

多孔多孔板插片广泛应用于生物医学研究中，用于研究传输过程或在气液界面培养细胞/组织。这些插入物是由刚性材料制成，在静态培养条件下使用，不代表生物微环境。这里，我们呈现FleXert，一种软的、可操作的细胞培养插入，它与六孔板的界面。它由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成，由多孔PDMS膜作为细胞/组织支架。FleXerts可以用标准的注射器泵气动驱动，产生高达30 %的拉伸应变。通过改变气压和抽气速率可以实现广泛的驱动模式。FleXert’s多孔PDMS膜与纤维连接蛋白的亲和表面功能化使人真皮成纤维细胞黏附，在FleXert’s膜上发育的菌株成功转导到细胞层。三维组织模型，如含有成纤维细胞的胶原凝胶，也可以通过聚多巴胺涂层固定在PDMS上。此外，胶原蛋白涂层的FleXert膜支持建立人皮肤模型，证明了材料具有组织工程所需的优良生物相容性。与现有技术相比，FleXerts不需要昂贵的制造设备或定制的培养室，使其成为组织工程和生理应变下生物屏障渗透研究的通用、低成本解决方案。本文是一个多学科的机械生物学研究的一个广泛的工具包，包括对各种方法的详细说明，如器件制作，理论建模，细胞培养和图像分析技术。