助力Science子刊再发表，揭示子宫修复材料的力学奥秘

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导读

宫腔粘连是指子宫内膜和子宫壁之间过度粘连在一起，导致子宫腔的形态和功能受损。宫腔粘连的严重程度可分为轻、中、重三个级别，严重宫腔粘连的复发率高达60%，目前仍缺乏有效的预防和治疗。四川大学华西医院解慧琪研究员团队受子宫特性的启发，开发了一种具有仿生异质特征的双层支架(ECM- SPS)和子宫细胞外基质(ECM)微环境，该研究成果发表在国际知名期刊《Science Advances》（IF=13.6）上。文章中使用了岛津万能试验机AGX-V2 500N测定该双层支架的粘接抗折强度，同时岛津分析中心刘仁威博士使用原子力显微镜SPM-9700HT的纳米物性分析软件（Nano 3D Mapping）对改性前后材料的形貌和力学性质进行了表征，为该文章的顺利发表提供了有力数据支持。

图1 文章首页

研究成果鉴赏

l                      样品的粘接抗折强度表征

电子万能试验机AGX-V2（图2）是岛津精心打造的新一代电子万能试验机，采用了先进的技术和设计理念，结合了先进的力学性能测试功能和智能控制器，是一款综合能力强的仪器，在医疗研究领域的应用越来越广泛。AGX-V2搭载了多处理器与控制单元搭载了2个处理器和3个控制单元，最高能实现10 KHz（0.1 ms间隔）的超高速采样，可有效测得脆性材料断裂瞬间的急速且微小的变化；可以配合使用各种引伸计/位移计，达到0.5级的精度要求，完成精确地应变测量，能满足拉伸中精确的纵向/宽度应变测量，弯曲应变测量的需求。

图2 岛津AGX-V2桌上型电子万能试验机

文中小肠粘膜下层（SIS）和聚氨酯/小肠粘膜下层（PU/SIS）复合物是由聚氨酯（PU）乳液粘接得到的一体化双层支架（SPS），为了评估不同浓度PU乳液的粘接强度，使用岛津AGX-V2电子万能试验机，采用标准180°剥离试验进行测试(图3b和图4A)，结果表明，当PU乳液浓度达到9%时，两层之间形成了强界面(图3)，因此，采用9% PU制备SPS双层支架，用于后续实验。将待测定的样品制备成10 mm宽，所有试验均以10 mm/min的恒定剥离速度进行。当剥离过程进入稳定状态时，测得的力达到平稳状态，最后通过计算公式（剥离强度=达到平稳状态时的力/试样宽度）计算出双层SPS复合材料的粘接抗折强度。

图3  (A)不同浓度PU乳液在SPS上的剥离强度，(B)重叠剪切试验示意图，

(C)双层SPS复合材料的平均粘着剪切强度

图4 （A）180°剥离试验示意图，(B)双层SPS复合材料剥离强度-位移曲线

l                      样品的表面形貌和弹性模量表征

SPM-9700HT是岛津公司在售的原子力显微镜系列中的一款，其标配高速扫描器，可配置各种功能模块实现样品表面电流、电势、磁畴及纳米力学性质的测量；可配置专业的环境控制舱，实现不同氛围下的原位测试，是一款综合能力强的仪器。

图5岛津原子力显微镜SPM-9700HT

在生物实验中，选择子宫内膜上皮细胞(ECs)和平滑肌细胞(SMCs)作为功能细胞，在SPS支架表面构建组织特异性ECM，验证功能细胞衍生的ECM对组织功能再生的影响。为了对比观测SIS、ECMECs -SIS、PU/SIS和ECMSMCs -PU/SIS膜的形貌和力学性质，使用岛津SPM-9700HT的纳米物性分析软件（Nano 3D Mapping）进行表征，获得了四组样品同一区域的表面形貌图和弹性模量分布图（图6A），同时通过软件计算获得了它们的弹性模量，结果表明：ECMECs -SIS的弹性模量低于SIS，而ECMSMCs -PU/SIS的弹性模量高于PU/SIS。

图6 不同样品的表面形貌及弹性模量分布图

专家心声

赵龙梅博士使用岛津SPM在测试中

文章第一作者赵龙梅博士表示：在该工作中，我们开发了一种具有仿生异质特征的双层支架，该支架不仅需要关注其生物相容性，还要考虑其力学性质，因此前期使用了岛津AGX-V2电子万能试验机测定样品的粘接抗折强度。但在成果的发表过程中，审稿人对我们制备的材料的承载性，也就是膜自身的软硬程度提出了疑问，希望能有相应的数据作为支撑，在岛津分析中心刘仁威博士和郑瑞工程师的帮助下，使用岛津原子力显微镜SPM-9700HT非常快速的完成了样品的表面形貌和弹性模量的测定，及时回复了审稿人提出的问题，让我们的文章顺利接收。非常感谢岛津分析中心，希望在后续的合作中能够进一步拓展应用研究，取得更好的实验成果。

文中推荐技术方法方案仅用于医学专业人士技术交流，不作为临床诊断依据。