水凝膠中的可控刺激響應(yīng)行為

對于模擬動態(tài)人體組織的微米或納米結(jié)構(gòu)機(jī)器的需求不斷增長，用于藥物輸送、組織工程和納米力學(xué)等應(yīng)用。盡管這一領(lǐng)域的研究之前一直集中在3D打印結(jié)構(gòu)上，但它們受到體積龐大和剛性的限制。然而，水凝膠是一種新興的替代品，由于其作用與人體組織相似，因此在癌癥治療和傷口愈合等許多應(yīng)用中顯示出前景。此外，水凝膠具有良好的生物相容性和可降解性，具有細(xì)胞粘附和生長的能力。為了充分利用水凝膠進(jìn)行這些應(yīng)用，可控的刺激響應(yīng)行為至關(guān)重要。增材制造方法已被證明可以以受控方式產(chǎn)生刺激響應(yīng)行為。此外，增材制造可實(shí)現(xiàn)4D構(gòu)造，利用水凝膠等刺激響應(yīng)材料的時間依賴性行為。

江蘇大學(xué)、華中科技大學(xué)和約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員使用雙光子聚合(一種典型的增材制造方法)和飛秒激光來創(chuàng)建分層微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了可控的表面張力失配。他們證明，具有這種受控刺激響應(yīng)行為的水凝膠能夠通過膨脹和收縮來聚焦亮點(diǎn)，以與植物移動方式類似的方式變形，并通過吸收局部光能來 變形。

熒光成像是研究人員使用的納米結(jié)構(gòu)表征方法之一。熒光圖像用于確定所制造的水凝膠的結(jié)構(gòu)。IsoPlane和KURO還用于對水凝膠的生物相容性進(jìn)行成像。為了測試這一點(diǎn)，將活性細(xì)胞引入水凝膠中，熒光圖像表明活性細(xì)胞爬行到準(zhǔn)備好的表面上，表明細(xì)胞具有理想的粘附性和生物相容性。

使用IsoPlane-320 光譜儀和KURO sCMOS 相機(jī)捕獲水凝膠結(jié)構(gòu)的反射熒光圖像。IsoPlane -320非常適合靈敏的顯微光譜和成像光譜測量。該光譜儀先進(jìn)的光學(xué)設(shè)計(jì)使得測量信號實(shí)現(xiàn)更高的空間定位，同時可靠地測量多個點(diǎn)的光譜，并清晰分離光譜信號。IsoPlane還能夠捕獲具有大量光譜細(xì)節(jié)的寬帶和高分辨率光譜。KURO sCMOS相機(jī)采用科學(xué)的背照式CMOS 傳感器。傳感器的高量子效率能夠以更高的信噪比測量較弱的信號。相機(jī)的低讀取噪聲非常適合必須以高測量速率讀取許多光譜圖像的應(yīng)用。

審核編輯 黃宇