軟組織材料
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2016-03-11
軟組織材料的實例教程
由于動物模型無法直觀動態(tài)地觀察到模型內部的致傷過程，加上頜面部解剖結構精細、組織器官生物力學性質相差大，無法采用人工材料進行模擬，所以頜面部火器傷的研究中，尚無可以用于致傷過程中生物力學機制研究的模型，這也是目前相關研究的瓶頸之一。
工況簡介：
咬肌外側施加爆破載荷，采用采用流固耦合的分析方法，下頜骨、外側咬肌和面部軟組織施加單元失效，空氣域施加無反射邊界。
結果動畫：
【背景】
牙齦是一種高度堅韌和有彈性的生物軟組織，具有多層結構，可保護牙齒和下方骨骼。理想的牙齦組織替代品應具有良好的生物相容性、機械強度、易于操作和生物降解性，以實現(xiàn)組織再生。不幸的是，沒有商業(yè)軟組織工程產品完全適用于粘膜齦手術。膠原基質具有與牙齦相似的結構，已被廣泛用作牙科診所的商業(yè)產品。然而，目前尚不清楚細胞膠原真皮基質移植物在牙齦再生方面是否比其他材料更好。
【摘要】
最近，中國科學技術大學
高懷嶺副研究員
、
俞書宏院士
，與同濟大學附屬口腔醫(yī)院
王佐林主任醫(yī)師
團隊合作共同展示了一種軟牙齦組織再生的新策略（圖 1）。一種新型層狀殼聚糖支架 (LCS) 模仿附著牙齦的層狀結構，用于容納不同種類的細胞，以促進牙齦組織再生。隨著雙向冰模板技術的實施，獲得的LCS具有典型的長程多孔層狀微觀結構，每個層狀中有許多隨機分布的孔隙，使整個支架相互連接。LCS 與之前報道的多孔殼聚糖支架明顯不同，在水合狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的形狀記憶功能和優(yōu)異的機械性能，非常適合體內軟組織增強。此外，體外和體內研究表明，LCS 可以作為牙科臨床應用中軟牙齦組織再生的新候選者。文章Biomimetic Lamellar Chitosan Scaffold for Soft Gingival Tissue Regeneration發(fā)表在期刊《Advanced Functional Materials》。
【主圖導讀】
圖1，層狀殼聚糖支架（LCS）的制備和應用示意圖。A) 通過雙向冷凍方法制造 LCS。B) 通過調節(jié)巨噬細胞極化，植入 LCS 作為牙齦再生的牙齦替代品。B) 通過調節(jié)巨噬細胞極化，植入 LCS 作為牙齦再生的牙齦替代品。
圖2 LCS的形態(tài)和力學性能。
展開 組織工程為癌癥研究提供了創(chuàng)新工具。基于分子設計的生物材料的3D癌癥模型旨在利用腫瘤組織的維度以及生物力學和生化特性。然而，迄今為止，盡管細胞外基質在癌癥中起著關鍵作用，但只有少數3D癌癥模型建立在基于生物材料的基質上。避免這一關鍵設計特征的主要原因是難以重現(xiàn)腫瘤微環(huán)境的固有復雜性以及實用分析和驗證技術的可用性有限。在超分子化學、材料科學和腫瘤生物學界面上出現(xiàn)的最新進展正在產生新的方法來克服這些界限，并能夠設計生理相關的3D模型。
近日，來自澳大利亞蒙納士大學的Alvaro Mata & Daniela Loessner團隊討論了如何將這些3D系統(tǒng)應用于解構和設計腫瘤微環(huán)境，為模擬原發(fā)性腫瘤，轉移和對抗癌治療的反應提供了機會。相關論文“Biomaterial-based platforms for tumour tissue engineering”于2023年2月14日在線發(fā)表于雜志《Nature Reviews Materials》上。
在腫瘤組織工程中，生物材料是構建能夠模擬實體腫瘤組織維度、組織和功能的三維癌癥模型的關鍵成分?；诤铣删酆衔?、生物聚合物和肽等構建塊的各種水凝膠和支架材料用于組織工程和再生醫(yī)學應用，并用作3D癌癥模型的基礎基質。新的工程方法能夠合理設計具有多種結構和信號成分的水凝膠和支架材料，以更準確地再現(xiàn)腫瘤微環(huán)境（TME）的異質性。作者首先介紹了腫瘤生物學中的關鍵參數（癌相關成纖維細胞（CAF）、免疫細胞、內皮細胞、脂肪細胞、ECM蛋白和可溶性分子（如細胞因子、趨化因子或生長因子）），并介紹了用于模擬腫瘤組織的細胞組成和ECM的現(xiàn)有工具（圖1）。
展開 1什么是微觀組織結構(Microstructure) ？
當我們描述金屬的結構時，我們應該區(qū)別其晶體結構(Crystal Structure)和微觀組織結構(Microstructure)。晶體結構主要用來表示一個晶胞(Unite cell)內原子的平均位置，它由晶格類型和原子的分數坐標（例如，通過X射線衍射確定）確定。換句話說，晶體結構主要用來在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微觀組織結構是在微米—厘米尺度范圍內描述材料的形貌特征。微觀組織結構的一個合理的定義是：“材料內部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布?！?微觀組織結構的觀察可以采用一系列的顯微鏡進行。在不同尺度下觀察一個特定的材料的微觀組織結構特征時通常會發(fā)現(xiàn)差異很大?；谶@一原因，在描述材料的微觀結構時，最重要的是首先確定觀察的尺度范圍。如果尺度范圍選擇不當，就很難得到你想要的結果，也不利于你對材料某些特性的理解和分析。材料微觀組織結構的產生和觀察是一門非常重要的知識，需要認真理解和領會。
隕石的微觀組織結構?
這里需要著重指出，材料的微觀組織結構影響材料的物理特性和行為。我可以通過控制材料的微觀組織結構達到設計材料性能的目的。天然礦物結構可以提供其復雜的歷史信息。微觀組織結構學是所有材料和礦物科學的組成部分。
2還能答出這些微觀組織結構有關的問題嗎 ？
知道“微觀組織結構(Microstructure)”“相(Phase)”“組分(Component)”“缺陷(Defect)”的定義嗎？
鋼的微觀組織結構
您知道如何觀察材料的微觀組織結構嗎？光學顯微鏡的放大倍數和成像原理？普通掃描電子顯微鏡放大倍數和成像原理？
展開 近期，加州大學圣地亞哥分校研究團隊在Advanced Materials 發(fā)表論文，主要對軟電子材料和其結構進行總結與展望：
1. 總結了水凝膠、液態(tài)金屬、導電聚合物和納米材料面向于可拉伸電子器件應用的各種材 料特性，介紹了相關的加工方法和代表應用。
2. 總結了用于可拉伸電子器件的各種結構設計及其工作機制，包括waves/wrinkles, island–bridges, textiles, origami, kirigami, cracks, and interlocks。重點介紹了各種結構的機械設計考慮和力學特性。
3. 展望了可拉伸電子目前面臨的挑戰(zhàn)及未來可能的研究方向。
曲面，無論是靜態(tài)的（例如復雜形狀的物體）還是動態(tài)的（例如生物體表面），在自然界中普遍存在。軟體電子器件（包括柔性電子器件和可拉伸電子器件）能夠與復雜的曲面表面無縫銜接，顯著擴展了傳統(tǒng)剛性電子器件在傳感、監(jiān)測、診斷和干預等功能方面的能力。首先，軟體器件與非平面物體之間的緊密接觸將允許高質量數據的采集。對于剛性電子器件，器件和物體界面處的空隙減小了兩者接觸面積，并且可能會引入噪聲和偽信號，從而影響信號質量。其次，可折疊、低占空比的軟體器件可以實現(xiàn)移動和分布式傳感，極大可能地促進物聯(lián)網技術的發(fā)展。最后，在醫(yī)療設備領域，這也可能是目前該領域蓬勃發(fā)展的主要推動力，軟體電子器件與人類皮膚和組織具有相似的機械性能，因此對人體的刺激最小，成為未來持續(xù)健康監(jiān)測和醫(yī)療保健的關鍵技術。
根據曲面能否展成平面分類，曲面分為可延展曲面和不可延展曲面。
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在傳統(tǒng)分類中，軟機器人以機械柔順性為主要區(qū)別因素，與由剛性材料制成的傳統(tǒng)機器人不同。功能性軟材料的最新進展促進了新型軟機器人的出現(xiàn)，
該機器人能夠響應外部刺激（如熱、光、溶劑或電場或磁場）進行無系繩驅動。
在各類刺激響應材料中，磁性軟材料在設計和制造方面取得了顯著進展，導致磁性軟機器人的發(fā)展具有獨特的優(yōu)勢和許多重要應用的潛力。然而，
開發(fā)工業(yè)ABS材料（已應用到個性化鍵盤帽定制、汽車內飾定制）、人體軟組織高仿真材料、鏡架材料等高性能材料，進一步提升材料物理性能，豐富材料種類。
3D打印要做通產業(yè)鏈
“我們集團期望，3D打印業(yè)務要打造出一個完整的產業(yè)鏈，覆蓋上中下游，包括材料、設備、軟件、應用等環(huán)節(jié)，成為集團未來新支柱產業(yè)?！?/div>
自上世紀90年代微流控技術誕生起，表面浸潤性便一直扮演著關鍵作用。例如，微通道的浸潤性決定了微液滴能否穩(wěn)定生成，數字微流控技術利用電潤濕原理進行靈活的液滴操控，紙基微流控通過圖案化親疏水通道實現(xiàn)快速廉價的分析檢測，工程化表面浸潤性可在開放空間中實現(xiàn)各種定向液體輸運和液滴傳輸等。然而，作為硬 幣的另一面，微流控技術能否以及如何助力材料浸潤性研究仍然是個懸而未答的問題
在組織發(fā)育與再生過程中，細胞和組織微環(huán)境（包括細胞間相互作用、可溶性因子和細胞外基質等）在調節(jié)細胞行為和組織功能方面發(fā)揮了關鍵作用。因此，模擬天然組織/細胞微環(huán)境的功能性生物材料在組織再生應用中具有巨大的潛力。其中，電活性生物材料，包括導電性材料和壓電性材料，不僅能作為細胞粘附和結構支撐的支架
水凝膠是由聚合物的物理或化學交聯(lián)而形成的具有獨特三維網絡結構的軟材料。由于其高度可設計的結構和功能，水凝膠已被廣泛應用于仿生材料、柔性可穿戴設備、軟體機器人和生物醫(yī)學組織等領域。近年來，隨著3D打印技術的發(fā)展，如何快速高效地制備高精度、定制化水凝膠備受關注。然而，目前大多數水凝膠的3D打印只能通過擠出式打印技術制備，這使水凝膠的打印效率和精度受到限制
用于連續(xù)、臨床質量監(jiān)測生命體征的無線皮膚集成設備有可能大大改善新生兒和兒科重癥監(jiān)護病房的患者護理。這些相同的技術也可以在家庭中使用，跨越廣泛的年齡范圍，從生命的開始到結束。盡管此類裝置的小型化形式最大限度地減少了患者的負擔并提高了依從性，但它們對嬰兒來說卻是危及生命的窒息危險。
圖1
【背景】
牙齦是一種高度堅韌和有彈性的生物軟組織，具有多層結構，可保護牙齒和下方骨骼。理想的牙齦組織替代品應具有良好的生物相容性、機械強度、易于操作和生物降解性，以實現(xiàn)組織再生。不幸的是，沒有商業(yè)軟組織工程產品完全適用于粘膜齦手術。膠原基質具有與牙齦相似的結構，已被廣泛用作牙科診所的商業(yè)產品。然而，目前尚不清楚細胞膠原真皮基質移植物在牙齦再生方面是否比其他材料更好。
外科補片是一種廣泛應用于外科手術的醫(yī)用編織物，為組織器官提供永久性或臨時性力學支撐。在使用時，外科補片需要被固定在缺損或病變的組織區(qū)域上以進行修復或重建。傳統(tǒng)固定方法采用縫線、縫合釘或螺旋釘等穿透組織的方式來實現(xiàn)，過程耗時且容易引起神經損傷及慢性術后疼痛等并發(fā)癥。利用粘接這一非穿透手段來實現(xiàn)固定被認為是一種理想的替代方法
介紹
機械性能的高通量篩選可以通過幫助材料發(fā)現(xiàn)和開發(fā)預測模型來改變材料科學研究。然而，只有少數這樣的分析被報道，需要定制或昂貴的設備，而當前的表征吞吐量無法滿足對用于預測模型的大量材料屬性數據集的日益增長的需求。
摘要
最近，美國西北大學Muzhou Wang教授團隊通過使用普通實驗室離心機、多孔板和微粒開發(fā)高通量比色粘附篩選方法來解決這個問題。該技術使用離心作用對多孔板中的單個制劑施加均勻的機械分離力
