Macromolecules：使用自发荧光表征不均匀的水凝胶弹性模量

念心

2022-05-22

水凝胶生物材料有望成为增强组织再生和自然愈合过程的可植入细胞递送载体。 这些材料的设计要求它们模仿自然环境以保留天然细胞功能。 生物组织通常具有空间变化的刚度，使它们在体内具有多种功能。 然而，这使得它们难以用合成支架进行机械模拟。 为了实现这些复杂的设计，需要测量非均匀机械性能的表征技术，但这些方法是有限的。 体积流变测量平均样品的刚度，微流变方法不能表征高模量材料（尽管能够解决空间变异性），原子力显微镜测量可以是所选尖端几何形状和测量程序的函数。基于此，理海大学化学与生物分子工程系Kelly M. Schultz等人提出了一种确定非均匀水凝胶刚度的新方法。

本文要点：

（1）作者通过技术测量水凝胶的自发荧光亮度，这与其交联程度有关，并将这种亮度与弹性模量联系起来。他们使用成熟的 3D 细胞封装平台。这种光聚合的聚合物-肽水凝胶由聚（乙二醇）-降冰片烯和基质金属蛋白酶（MMP）可降解肽组成。

（2）首先开发了水凝胶弹性模量和亮度之间的关系，通过控制光聚合过程中的紫外线照射来系统地改变这种关系。之后，将每个曝光时间的弹性模量和自发荧光亮度联系起来。这种关系使测量亮度的水凝胶图像能够转换为硬度。

（3）为了演示该技术，我们制造了具有不均匀刚度分布的水凝胶：阶跃变化和弹性模量的平滑梯度。这些水凝胶是通过使用光掩模在空间上控制紫外光曝光而制成的。然后，作者用新技术表征这些凝胶。

（4）这项工作为具有空间不均匀刚度的水凝胶提供了另一种表征方法。为了有效地设计用于细胞封装的材料，必须对它们进行表征，以便对其特性进行微调以匹配天然组织。这将提高这些支架作为细胞递送载体和促进组织再生的有效性。

参考文献：

 John A. McGlynn and Kelly M. Schultz. Characterizing Nonuniform Hydrogel Elastic Moduli Using  Autofluorescence. Macromolecules 2022

DOI:10.1021/acs.macromol.2c00241

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c00241