Asante kwa kutembelea Nature.com.Unatumia toleo la kivinjari lenye uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Kwa kuongeza, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Huonyesha jukwa la slaidi tatu kwa wakati mmoja.Tumia vitufe vilivyotangulia na Vifuatavyo ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha vilivyo mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Kizuizi cha hidrojeni zenye nyuzi kwenye kapilari nyembamba ni muhimu sana katika mifumo ya kibaolojia na ya matibabu.Mvutano na ukandamizaji wa uniaxial wa hidrojeni zenye nyuzi zimesomwa sana, lakini majibu yao kwa uhifadhi wa biaxial katika capillaries bado haijachunguzwa.Hapa, tunaonyesha kimajaribio na kinadharia kwamba geli za filamentous hujibu kwa ubora tofauti na kizuizi kuliko jeli ya minyororo inayoweza kunyumbulika kwa sababu ya ulinganifu katika sifa za kiufundi za nyuzi za muundo, ambazo ni laini katika mgandamizo na ngumu katika mvutano.Chini ya uhifadhi mkali, jeli ya nyuzi huonyesha urefu mdogo na kupungua kwa dalili katika uwiano wa biaxial Poisson hadi sifuri, na kusababisha mgandamizo mkubwa wa gel na upenyezaji duni wa kioevu kupitia jeli.Matokeo haya yanaonyesha upinzani wa thrombi ya occlusive iliyonyooshwa kwa lysis na mawakala wa matibabu na kuchochea maendeleo ya embolization ya endovascular yenye ufanisi kutoka kwa gel za nyuzi ili kuacha damu ya mishipa au kuzuia usambazaji wa damu wa tumors.
Mitandao yenye nyuzinyuzi ni vijenzi vya msingi vya kimuundo na kazi vya tishu na chembe hai.Actin ni sehemu kuu ya cytoskeleton1;fibrin ni kipengele muhimu katika uponyaji wa jeraha na uundaji wa thrombus2, na collagen, elastin na fibronectin ni vipengele vya matrix ya ziada katika ufalme wa wanyama3.Mitandao iliyorejeshwa ya biopolima za nyuzi zimekuwa nyenzo zenye matumizi mapana katika uhandisi wa tishu4.
Mitandao ya filamentous inawakilisha tabaka tofauti la jambo laini la kibayolojia na sifa za kiufundi ambazo ni tofauti na mitandao ya molekuli inayoweza kunyumbulika5.Baadhi ya sifa hizi zimeibuka katika kipindi cha mageuzi ili kudhibiti mwitikio wa jambo la kibiolojia kwa deformation6.Kwa mfano, mitandao ya nyuzi huonyesha elasticity ya mstari katika matatizo madogo7,8 wakati kwa matatizo makubwa huonyesha kuongezeka kwa ugumu9,10, na hivyo kudumisha uadilifu wa tishu.Athari kwa sifa nyingine za kimitambo za jeli za nyuzi, kama vile mkazo hasi wa kawaida katika kukabiliana na mkazo wa kukata manyoya11,12, bado hazijagunduliwa.
Sifa za mitambo za hidrogeli zenye nyuzinyuzi nusu-nyuzi zimesomwa chini ya mvutano wa uniaxial13,14 na mgandamizo8,15, lakini mgandamizo wao wa biaxial unaosababishwa na uhuru katika kapilari au mirija nyembamba haujasomwa.Hapa tunaripoti matokeo ya majaribio na kupendekeza kinadharia utaratibu wa tabia ya hidrojeni zenye nyuzi chini ya uhifadhi wa biaxial katika njia ndogo za fluiidi.
Mikrojeli za Fibrin zenye uwiano mbalimbali wa viwango vya fibrinojeni na thrombin na kipenyo cha D0 kuanzia 150 hadi 220 µm zilitolewa kwa kutumia mbinu ya microfluidic (Mchoro wa Nyongeza 1).Kwenye mtini.1a inaonyesha picha za vijiumbe vidogo vya florakromu vilivyopatikana kwa kutumia hadubini ya florascence ya confocal (CFM).Mikrojeli hizo ni duara, zina utofauti wa chini ya 5%, na zina muundo sawa katika mizani iliyochunguzwa na CFM (Maelezo ya Ziada na Filamu za S1 na S2).Ukubwa wa wastani wa pore ya microgels (imedhamiriwa kwa kupima upenyezaji wa Darcy16) ilipungua kutoka 2280 hadi 60 nm, maudhui ya fibrin yaliongezeka kutoka 5.25 hadi 37.9 mg/mL, na mkusanyiko wa thrombin ulipungua kutoka 2.56 hadi 0.27 vitengo / mL, kwa mtiririko huo.(Taarifa za ziada).Mchele.2), 3 na jedwali la nyongeza 1).Ugumu unaofanana wa microgel huongezeka kutoka 0.85 hadi 3.6 kPa (Mchoro wa ziada wa 4).Kama mifano ya jeli zilizoundwa kutoka kwa minyororo inayoweza kunyumbulika, vijidudu vya agarose vya ugumu anuwai hutumiwa.
Picha ya hadubini ya Fluorescence ya fluorescein isothiocyanate (FITC) iliyoandikwa PM iliyosimamishwa katika TBS.Kiwango cha upau ni 500 µm.b Picha za SEM za SM (juu) na RM (chini).Kiwango cha bar 500 nm.c Mchoro wa mpangilio wa chaneli ya microfluidic inayojumuisha chaneli kubwa (kipenyo cha dl) na eneo lenye umbo la koni na pembe ya kuingilia α ya 15 ° na kipenyo cha dc = 65 µm.d Kushoto kwenda kulia: Picha za hadubini za macho za RM (kipenyo D0) katika chaneli kubwa, ukanda wa koni na kubana (kupunguza urefu wa gel Dz).Kiwango cha upau ni 100 µm.e, f Picha za TEM za RM isiyobadilika (e) na RM iliyofungwa (f), iliyowekwa kwa muda wa saa moja na mfinyo 1/λr = 2.7, ikifuatiwa na kutolewa na urekebishaji wa 5% ya wingi.glutaraldehyde katika TBS.Kipenyo cha CO isiyobadilika ni 176 μm.Baa ya kiwango ni 100 nm.
Tuliangazia mikrojeli ya fibrin yenye ugumu wa 0.85, 1.87 na 3.6 kPa (hapa inajulikana kama microgels laini (SM), microgels ngumu za kati (MM) na microgels ngumu (RM), mtawalia).Msururu huu wa ugumu wa jeli ya fibrin ni wa mpangilio wa ukubwa sawa na ugandaji wa damu18,19 na kwa hivyo jeli za fibrin zilizochunguzwa katika kazi yetu zinahusiana moja kwa moja na mifumo halisi ya kibiolojia.Kwenye mtini.1b inaonyesha picha za juu na chini za miundo ya SM na RM iliyopatikana kwa kutumia hadubini ya elektroni ya kuchanganua (SEM), mtawalia.Ikilinganishwa na miundo ya RM, mitandao ya SM huundwa na nyuzi nene na pointi chache za tawi, sambamba na ripoti za awali 20, 21 (Mchoro wa Nyongeza 5).Tofauti katika muundo wa hydrogel inahusiana na mwenendo wa mali zake: upenyezaji wa gel hupungua kwa kupungua kwa ukubwa wa pore kutoka SM hadi MM na RM (Jedwali la Nyongeza 1), na ugumu wa gel hugeuka.Hakuna mabadiliko katika muundo wa microgel yalibainishwa baada ya kuhifadhi saa 4 ° C kwa siku 30 (Mchoro wa Nyongeza 6).
Kwenye mtini.1c inaonyesha mchoro wa chaneli ya microfluidic iliyo na sehemu ya msalaba ya duara iliyo na (kutoka kushoto kwenda kulia): chaneli kubwa yenye kipenyo cha dl ambamo microgel inabaki bila kubadilika, sehemu ya umbo la koni yenye kipenyo nyembamba dc
Kwenye mtini.1e, 1f inaonyesha picha za hadubini ya elektroni (TEM) za miundo ya RM isiyobadilika na yenye mipaka ya upendeleo.Baada ya ukandamizaji wa RM, ukubwa wa pore ya microgel ulipungua kwa kiasi kikubwa na umbo lao likawa anisotropic na ukubwa mdogo katika mwelekeo wa compression, ambayo ni sawa na ripoti ya awali 23 .
Mfinyazo wa biaxial wakati wa kubana husababisha microgel kurefuka katika mwelekeo usio na kikomo na mgawo λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , ambapo \({D}_{{{{({({\rm{z}}}}}}}}\) ni urefu wa microgel iliyofungwa Mchoro 2a unaonyesha mabadiliko katika λzvs .1/ λr kwa fibrin na mikrojeli ya agarose. Cha kushangaza ni kwamba chini ya mgandamizo mkubwa wa 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, mikrojeli ya fibrin huonyesha urefu usio na maana wa 1.12 +/- 0.03 λz, ambao huathiriwa kidogo tu na thamani ya 1/λr. vijiumbe vidogo vya agarose, ambavyo huzingatiwa hata kwa mgandamizo hafifu 1/λr = 2.6 hadi kirefu zaidi λz = 1.3.
majaribio ya microgel ya Agarose yenye moduli tofauti za elastic (kPa 2.6, almasi ya kijani kibichi; 8.3 kPa, mduara wazi wa kahawia; 12.5 kPa, mraba wazi wa machungwa; 20.2 kPa, pembetatu iliyogeuzwa ya magenta iliyo wazi) na SM (nyekundu thabiti) Badilisha katika urefu uliopimwa λz ( miduara), MM (miraba nyeusi imara) na RM (pembetatu za bluu imara).Mistari thabiti huonyesha λz iliyotabiriwa kinadharia kwa agarose (mstari wa kijani) na mikrojeli ya fibrin (mistari na alama za rangi sawa).b, c Jopo la juu: mchoro wa mchoro wa minyororo ya mtandao ya agarose (b) na fibrin (c) kabla (kushoto) na baada ya (kulia) ukandamizaji wa biaxial.Chini: Umbo la mtandao unaolingana kabla na baada ya deformation.Maelekezo ya ukandamizaji wa x na y yanaonyeshwa kwa mishale ya magenta na kahawia, mtawalia.Katika takwimu hapo juu, minyororo ya mitandao iliyoelekezwa katika maelekezo haya ya x na y inaonyeshwa kwa mistari ya magenta na kahawia inayofanana, na minyororo iliyoelekezwa katika mwelekeo wa z wa kiholela inawakilishwa na mistari ya kijani.Katika gel ya fibrin (c), mistari ya zambarau na kahawia katika maelekezo ya x na y hupiga zaidi kuliko katika hali isiyofaa, na mistari ya kijani katika mwelekeo wa z hupiga na kunyoosha.Mvutano kati ya mwelekeo wa ukandamizaji na mvutano hupitishwa kupitia nyuzi zilizo na mwelekeo wa kati.Katika gel za agarose, minyororo katika pande zote huamua shinikizo la osmotic, ambayo inatoa mchango mkubwa kwa deformation ya gel.d Mabadiliko yaliyotabiriwa katika uwiano wa biaxial Poisson, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), kwa ajili ya mgandamizo wa equibiaxial wa agarose (mstari wa kijani) na fibrin (mstari mwekundu).Inset inaonyesha deformation ya biaxial ya gel.e Mabadiliko ya shinikizo la uhamishaji ΔPtr, iliyorekebishwa kuwa ugumu wa gel S, imepangwa kama kazi ya uwiano wa mgandamizo wa agarose na microgel za fibrin.Rangi za alama zinalingana na rangi katika (a).Mistari ya kijani na nyekundu inaonyesha uhusiano wa kinadharia kati ya ΔPtr/S na 1/λr kwa geli za agarose na fibrin, mtawalia.Sehemu iliyokatika ya mstari mwekundu huonyesha ongezeko la ΔPtr chini ya mgandamizo mkali kutokana na mwingiliano wa viingilizi.
Tofauti hii inahusishwa na taratibu tofauti za deformation ya fibrin na mitandao ya microgel ya agarose, ambayo inajumuisha nyuzi za flexible24 na rigid25, kwa mtiririko huo.Ukandamizaji wa biaxial wa gel zinazoweza kubadilika husababisha kupungua kwa kiasi chao na ongezeko linalohusiana na mkusanyiko na shinikizo la osmotic, ambayo inaongoza kwa kupanua kwa gel kwa mwelekeo usio na ukomo.Urefu wa mwisho wa gel hutegemea usawa wa kuongezeka kwa nishati ya bure ya entropic ya minyororo iliyonyooshwa na kupungua kwa nishati ya bure ya osmosis kwa sababu ya mkusanyiko wa chini wa polima kwenye gel iliyopanuliwa.Chini ya mgandamizo mkubwa wa biaxial, urefu wa gel huongezeka kwa λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (ona Mtini. 2a katika sehemu ya majadiliano 5.3.3).Mabadiliko ya conformational katika minyororo inayoweza kubadilika na sura ya mitandao inayolingana kabla na baada ya uhifadhi wa biaxial imeonyeshwa kwenye Mtini.2b.
Kinyume chake, jeli za nyuzi kama vile fibrin hujibu kwa njia tofauti kwa uhifadhi wa biaxial.Filamenti zinazoelekezwa kwa kiasi kikubwa sambamba na mwelekeo wa kunyoosha (na hivyo kupunguza umbali kati ya viungo vya msalaba), wakati nyuzi ambazo huelekea kwa mwelekeo wa kukandamiza hunyoosha na kunyoosha chini ya hatua ya nguvu ya elastic, na kusababisha gel kurefuka. Kielelezo 1).2c) Miundo ya SM, MM na RM ambazo hazijabadilika zilibainishwa kwa kuchanganua picha zao za SEM na CFM (Sehemu ya Majadiliano ya Ziada IV na Kielelezo cha 9 cha Nyongeza).Kwa kuamua moduli ya elastic (E), kipenyo (d), urefu wa wasifu (R0), umbali kati ya ncha (L0 ≈ R0) na pembe ya kati (ψ0) ya nyuzi katika microgels za fibrin zisizobadilika (Jedwali la Nyongeza 2) - 4), tunapata kwamba moduli ya kupinda uzi \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) ni kidogo sana kuliko moduli yake ya mkato\({k}_{{{{{{{\rm{s}}}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), hivyo kb/ks ≈ 0.1 (Jedwali la Ziada 4).Kwa hivyo, chini ya hali ya uhifadhi wa gel ya biaxial, nyuzi za fibrin hupigwa kwa urahisi, lakini hupinga kunyoosha.Urefu wa mtandao wenye nyuzinyuzi unaokabiliwa na mgandamizo wa biaxial unaonyeshwa kwenye Kielelezo cha 17 cha Nyongeza.
Tunatengeneza kielelezo cha kinadharia cha ushirika (Sehemu ya Majadiliano ya Ziada na Takwimu za Ziada 10-16) ambapo urefu wa jeli ya nyuzi hubainishwa kutoka kwa usawa wa ndani wa nguvu za elastic zinazofanya kazi kwenye jeli na kutabiri kuwa katika aina kali ya biaxial λz - 1 chini ya kizuizi
Mlinganyo (1) unaonyesha kuwa hata chini ya mgandamizo mkali (\({\lambda }_{{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) kuna upanuzi mdogo wa gel na deformation ya elongation inayofuata. kueneza λz–1 = 0.15 ± 0.05.Tabia hii inahusiana na (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm} { s }}}}}}\kulia)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 na (ii) neno katika mabano ya mraba linakadiria bila dalili \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) kwa vifungo vikali vya biaxial. Ni muhimu kutambua kwamba kiambishi awali \({\left({k}_{({\mbox{b)))))/{k}_{({\mbox{ s))))\kulia)}^{1/ 2 }\) haina uhusiano wowote na ugumu wa uzi E, lakini imedhamiriwa tu na uwiano wa kipengele cha nyuzi d/L0 na pembe ya kati ya arc. ψ0, ambayo ni sawa na SM, MM na RM (Jedwali la Ziada 4).
Ili kuangazia zaidi tofauti ya mvutano unaotokana na uhuru kati ya jeli zinazonyumbulika na zenye nyuzinyuzi, tunatanguliza uwiano wa biaxial Poisson \({\nu }_{{{({\rm{b)))))))) {{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\mipaka_{{\lambda}_{{{{({({\rm{r}}}}}}}}\hadi 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) inaelezea isiyo na kikomo mwelekeo wa matatizo ya jeli katika kukabiliana na matatizo sawa katika pande mbili za radial, na kupanua hii kwa aina kubwa sare \ rm{b }}}}}}}}} ^ {{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r))))))))}\) .Kwenye mtini.2d inaonyesha \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}}\) kwa mgandamizo wa biaxial unaonyumbulika (kama vile agarose) na geli ngumu (kama vile fibrin) (Majadiliano ya ziada, Sehemu ya 5.3.4), na kuangazia uhusiano kati ya tofauti kubwa katika majibu ya kufungwa. Kwa jeli za agarose chini ya vizuizi vikali {\rm{eff}}}}}}}}\) huongezeka hadi thamani ya asymptotic 2/3, na kwa gel za fibrin hupungua hadi sifuri, tangu lnλz/lnλr → 0, kwani λz huongezeka na kueneza kadiri λr inavyoongezeka.Kumbuka kwamba katika majaribio, mikrojeli ya tufe iliyofungwa huharibika kwa njia isiyo sawa, na sehemu yao ya kati hupata mgandamizo mkubwa zaidi;hata hivyo, kuongezwa kwa thamani kubwa ya 1/λr kunawezesha kulinganisha majaribio na nadharia ya jeli zilizoharibika kwa usawa.
Tofauti nyingine katika tabia ya gel za mnyororo rahisi na gel filamentous ilipatikana kutokana na harakati zao juu ya contraction.Shinikizo la uhamishaji ΔPtr, lililorekebishwa kuwa ugumu wa gel S, liliongezeka kwa mgandamizo unaoongezeka (Mchoro 2e), lakini kwa 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, mikrojeli ya fibrin ilionyesha viwango vya chini sana vya ΔPtr/S chini wakati wa kusinyaa.Uhifadhi wa microgel ya agarose husababisha kuongezeka kwa shinikizo la osmotiki, ambayo husababisha kunyoosha kwa gel katika mwelekeo wa longitudinal kama molekuli za polima zinavyonyoshwa (Mchoro 2b, kushoto) na kuongezeka kwa shinikizo la uhamisho kwa ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Kinyume chake, sura ya microgels iliyofungwa ya fibrin imedhamiriwa na usawa wa nishati ya nyuzi za compression ya radial na mvutano wa longitudinal, ambayo inaongoza kwa deformation ya juu ya longitudinal λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{{ \rm{ b))))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Kwa 1/λr ≫ 1, mabadiliko ya shinikizo la uhamishaji hupimwa kama 1 {{({\rm{ln)))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm} {r} }}}}}} ^{{-} 1} \kulia)\) (Majadiliano ya Ziada, Sehemu ya 5.4), kama inavyoonyeshwa na mstari mwekundu thabiti katika Mchoro 2e.Kwa hivyo, ΔPtr haina vikwazo zaidi kuliko katika gels za agarose.Kwa ukandamizaji na 1/λr> 3.5, ongezeko kubwa la sehemu ya kiasi cha nyuzi na mwingiliano wa filamenti za jirani hupunguza deformation zaidi ya gel na husababisha kupotoka kwa matokeo ya majaribio kutoka kwa utabiri (mstari wa nukta nyekundu kwenye Mchoro 2e).Tunahitimisha kuwa kwa 1/λr sawa na Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}_{{{\rm{fibrin}}}}) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))))}}_{{{{\rm{agarose}}} }} } } } }}\) gel ya agarose itakamatwa na microchannel, na gel ya fibrin yenye ugumu sawa itapita ndani yake.Kwa ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{\rm{fibrin))))))))))}\ ), Geli mbili zote mbili zitazuia chaneli, lakini gel ya fibrin itasukuma zaidi na kushinikiza kwa ufanisi zaidi, kuzuia mtiririko wa maji kwa ufanisi zaidi.Matokeo yaliyoonyeshwa katika Mchoro wa 2 yanaonyesha kuwa jeli yenye nyuzi inaweza kutumika kama plagi bora ili kupunguza damu au kuzuia usambazaji wa damu kwa vivimbe.
Kwa upande mwingine, fibrin huunda kiunzi cha kuganda ambacho husababisha thromboembolism, hali ya patholojia ambayo thrombus huziba chombo katika ΔP < ΔPtr, kama vile katika baadhi ya aina za kiharusi cha ischemic (Mchoro 3a).Urefu hafifu uliosababishwa na vizuizi vya mikrojeli ya fibrin ulisababisha ongezeko kubwa la ukolezi wa fibrin ya C/C fibrinogen ikilinganishwa na jeli za mnyororo zinazonyumbulika, ambapo C na C fibrinojeni zimezuiwa na mikrojeli zisizobadilika, mtawalia.Mkusanyiko wa polima kwenye gel.Kielelezo 3b kinaonyesha kuwa fibrinogen C/C katika SM, MM, na RM iliongezeka zaidi ya mara saba kwa 1/λr ≈ 4.0, ikiendeshwa na kizuizi na upungufu wa maji mwilini (Mchoro wa Nyongeza 16).
Mchoro wa kimkakati wa kuziba kwa ateri ya kati ya ubongo kwenye ubongo.b Ongezeko la jamaa lililowekwa na kizuizi katika ukolezi wa fibrin katika SM inayozuia (miduara nyekundu iliyoimarishwa), MM (miraba thabiti nyeusi), na RM (pembetatu za bluu thabiti).c Muundo wa kimajaribio unaotumika kuchunguza mpasuko wa jeli za fibrin zilizozuiliwa.Suluhisho la tPA iliyo na alama ya umeme katika TBS ilidungwa kwa kasi ya mtiririko wa 5.6 × 107 µm3/s na kushuka kwa shinikizo la 0.7 Pa kwa chaneli zilizo pembeni mwa mhimili mrefu wa chaneli kuu.d Picha ndogo ya chaneli nyingi iliyounganishwa ya MM kizuizi (D0 = 200 µm) katika Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa na wakati wa kugawanyika.Mistari ya nukta wima inaonyesha nafasi za awali za kingo za nyuma na za mbele za MM kwa tlys = 0. Rangi za kijani na waridi zinalingana na FITC-dextran (70 kDa) na tPA iliyo na AlexaFluor633, mtawalia.e Kiasi cha jamaa kinachotofautiana cha wakati cha RM zilizofungwa na D0 ya 174 µm (pembetatu iliyo wazi ya samawati iliyogeuzwa), 199 µm (pembetatu iliyo wazi ya samawati), na 218 µm (pembetatu iliyo wazi ya samawati), mtawalia, katika chaneli ndogo ndogo yenye Xf = 28 ± 1 µm.sehemu zina ΔP 1200, 1800, na 3000 Pa, mtawalia, na Q = 1860 ± 70 µm3/s.Kipengee kinaonyesha RM (D0 = 218 µm) ikichomeka chaneli ndogo.f Tofauti ya wakati ya kiasi cha jamaa cha SM, MM au RM kilichowekwa kwa Xf = 32 ± 12 µm, kwa ΔP 400, 750 na 1800 Pa na ΔP 12300 Pa na Q 12300 katika eneo la conical la chaneli ndogo, mtawalia 23600 na 1m800 µ /s.Xf inawakilisha nafasi ya mbele ya microgel na huamua umbali wake tangu mwanzo wa shrinkage.V (tlys) na V0 ni kiasi cha muda cha microgel lysed na kiasi cha microgel isiyo na wasiwasi, kwa mtiririko huo.Rangi za tabia zinalingana na rangi katika b.Mishale nyeusi kwenye e, f inalingana na wakati wa mwisho kabla ya kupita kwa microgel kupitia chaneli ndogo.Upau wa mizani katika d, e ni 100 µm.
Ili kuchunguza athari za kizuizi kwenye upunguzaji wa mtiririko wa viowevu kwenye jeli za fibrin zinazozuia, tulichunguza uchanganuzi wa SM, MM, na RM zilizopenyezwa na kianzisha plasminojeni cha tishu za thrombolytic (tPA).Kielelezo 3c kinaonyesha muundo wa majaribio uliotumika kwa majaribio ya lysis. Katika ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) na kiwango cha mtiririko, Q = 2400 μm3/s, ya chumvi ya Tris-buffered (TBS) iliyochanganywa na 0.1 mg/mL ya (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, microgel iliziba chaneli ndogo iliyopunguzwa. mkoa. Katika ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) na kiwango cha mtiririko, Q = 2400 μm3/s, ya chumvi ya Tris-buffered (TBS) iliyochanganywa na 0.1 mg/mL ya (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, microgel iliziba chaneli ndogo iliyopunguzwa. mkoa. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) na скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного с 0,1 мг/мл (оTCицанца, флиция, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Katika ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) na kiwango cha mtiririko, Q = 2400 µm3/s, ya Tris iliyotiwa chumvi ya chumvi (TBS) iliyochanganywa na 0.1 mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, microgel iliziba chaneli ndogo inayobadilika.mkoa.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL微凝胶堵塞了锥形微通道地区.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区. Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотиоцианат) FITC-декстра ΔПакстра7 FITC-декстра = сти потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Microgels zilichomekwa wakati Tris iliyoakibishwa saline (TBS) ilichanganywa na 0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran katika ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) na kiwango cha mtiririko Q = 2400 µm3/s Maeneo Conical ya chaneli ndogo.Nafasi ya mbele Xf ya microgel huamua umbali wake kutoka kwa hatua ya awali ya kupungua X0.Ili kushawishi lysis, myeyusho wa tPA wenye lebo ya umeme katika TBS ulidungwa kutoka kwa chaneli iliyo kwenye mhimili mrefu wa chaneli kuu.
Suluhisho la tPA lilipofikia MM occlusal, makali ya nyuma ya microgel yalififia, yakionyesha kuwa mpasuko wa fibrin umeanza kwa wakati tlys = 0 (Kielelezo 3d na Kielelezo cha 18).Wakati wa fibrinolysis, tPA yenye rangi ya rangi hujilimbikiza ndani ya MM na hufunga kwenye nyuzi za fibrin, ambayo husababisha kuongezeka kwa taratibu kwa ukubwa wa rangi ya pink ya microgels.Kwa tlys = 60 min, MM inaingia mikataba kwa sababu ya kufutwa kwa sehemu yake ya nyuma, na nafasi ya makali yake ya Xf hubadilika kidogo.Baada ya dakika 160, MM iliyopunguzwa sana iliendelea mkataba, na saa tlys = 161 min, ilipata mkazo, na hivyo kurejesha mtiririko wa maji kupitia microchannel (Mchoro 3d na Supplementary Fig. 18, safu ya kulia).
Kwenye mtini.3e inaonyesha kupungua kwa kutegemea wakati kwa lysis kwa kiasi cha V (tlys) kilichorekebishwa hadi kiasi cha awali cha V0 cha microgels za ukubwa tofauti za fibrin.CO yenye D0 174, 199, au 218 µm iliwekwa kwenye chaneli ndogo yenye ΔP 1200, 1800, au 3000 Pa, mtawalia, na Q = 1860 ± 70 µm3/s ili kuzuia chaneli ndogo (Mchoro 3e, inset).lishe.Microgels hatua kwa hatua hupungua mpaka ni ndogo ya kutosha kupita kwenye njia.Kupungua kwa kiasi muhimu cha CO na kipenyo kikubwa cha awali kunahitaji muda mrefu wa lysis.Kwa sababu ya mtiririko sawa kupitia RM za ukubwa tofauti, mpasuko hutokea kwa kasi sawa, na kusababisha usagaji wa sehemu ndogo za RM kubwa na uhamishaji wao kuchelewa.Kwenye mtini.3f inaonyesha punguzo linganifu katika V(tlys)/V0 kutokana na kugawanyika kwa SM, MM, na RM kwa D0 = 197 ± 3 µm iliyopangwa kama chaguo za kukokotoa za tlys.Kwa SM, MM na RM, weka kila microgel kwenye chaneli ndogo yenye ΔP 400, 750 au 1800 Pa na Q 12300, 2400 au 1860 µm3/s, mtawalia.Ingawa shinikizo lililotumika kwa SM lilikuwa chini mara 4.5 kuliko lile la RM, mtiririko kupitia SM ulikuwa na nguvu zaidi ya mara sita kwa sababu ya upenyezaji wa juu wa SM, na kupungua kwa microgel ilipungua kutoka SM hadi MM na RM. .Kwa mfano, kwa tlys = 78 min, SM iliyeyushwa na kuhamishwa, wakati MM na PM ziliendelea kuziba chaneli ndogo, licha ya kubakiza 16% na 20% tu ya ujazo wao wa asili, mtawaliwa.Matokeo haya yanapendekeza umuhimu wa uchanganuzi wa upatanishi wa gel zenye nyuzinyuzi zilizobanwa na unahusiana na ripoti za usagaji wa haraka wa mabonge yenye maudhui ya chini ya nyuzinyuzi.
Kwa hivyo, kazi yetu inaonyesha kwa majaribio na kinadharia utaratibu ambao gel za filamentous hujibu kwa kufungwa kwa biaxial.Tabia ya gel za nyuzi katika nafasi ndogo imedhamiriwa na asymmetry kali ya nishati ya matatizo ya filaments (laini katika compression na ngumu katika mvutano) na tu kwa uwiano wa kipengele na curvature ya filaments.Mwitikio huu husababisha kurefushwa kidogo kwa jeli za nyuzi zilizomo kwenye kapilari nyembamba, uwiano wao wa biaxial Poisson hupungua kwa mgandamizo unaoongezeka na shinikizo kidogo la biti ya mwanga.
Kwa kuwa uzuiaji wa biaxial wa chembe laini zinazoweza kuharibika hutumiwa katika anuwai ya teknolojia, matokeo yetu huchochea ukuzaji wa nyenzo mpya za nyuzi.Hasa, uhifadhi wa biaxial wa gel za filamentous katika capillaries nyembamba au zilizopo husababisha kuunganishwa kwao kwa nguvu na kupungua kwa kasi kwa upenyezaji.Kizuizi kikubwa cha mtiririko wa kiowevu kupitia jeli ya nyuzinyuzi iliyofungiwa kuna faida inapotumiwa kama plugs kuzuia kuvuja damu au kupunguza usambazaji wa damu kwa magonjwa mabaya33,34,35.Kwa upande mwingine, kupungua kwa mtiririko wa kiowevu kupitia gel ya fibrin ya occlusal, na hivyo kuzuia thrombus lisisi ya convective-mediated, inatoa dalili ya uchanganuzi wa polepole wa vifungo vya occlusal [27, 36, 37].Mfumo wetu wa uundaji ni hatua ya kwanza kuelekea kuelewa athari za mwitikio wa kimitambo wa hidrogeli za biopolymer zenye nyuzi hadi uhifadhi wa biaxial.Kujumuisha seli za damu au chembe chembe za damu kwenye jeli za fibrin za kuzuia kutaathiri tabia yao ya kizuizi 38 na itakuwa hatua inayofuata katika kufichua tabia ya mifumo ngumu zaidi ya kibayolojia.
Vitendanishi vinavyotumiwa kuandaa mikrojeli ya fibrin na kutengeneza vifaa vya MF vimefafanuliwa katika Maelezo ya Ziada (Njia za Ziada Sehemu ya 2 na 4).Mikrojeli ya Fibrin ilitayarishwa kwa kuweka emulsifying myeyusho mchanganyiko wa fibrinogen, Tris buffer na thrombin katika mtiririko unaolenga kifaa cha MF, ikifuatiwa na ujimaji wa matone.Suluhu ya bovine fibrinogen (60 mg/ml katika TBS), Tris buffer na bovin thrombin solution (5 U/ml katika 10 mM CaCl2 solution) zilisimamiwa kwa kutumia pampu mbili za sirinji zinazodhibitiwa kwa kujitegemea (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Siring Pump).kuzuia MF, USA).Awamu ya kuendelea ya mafuta yenye 1 wt.% block copolymer PFPE-P(EO-PO)-PFPE, ilianzishwa kwenye kitengo cha MF kwa kutumia pampu ya tatu ya sindano.Matone yaliyoundwa kwenye kifaa cha MF hukusanywa kwenye bomba la centrifuge la 15 ml iliyo na F-mafuta.Weka mirija katika umwagaji wa maji kwa joto la 37 ° C kwa h 1 ili kukamilisha uwekaji wa fibrin.FITC zenye lebo ya fibrin microgels zilitayarishwa kwa kuchanganya bovine fibrinogen na FITC iliyoitwa human fibrinogen katika uwiano wa uzito wa 33:1, mtawalia.Utaratibu ni sawa na kwa ajili ya maandalizi ya microgels ya fibrin.
Hamisha vijidudu kutoka kwa mafuta F hadi TBS kwa kuingiza mtawanyiko kwa 185 g kwa dakika 2.Mikrojeli zilizomwagika zilitawanywa katika mafuta F iliyochanganywa na 20 wt.% ya alkoholi ya perfluorooctyl, kisha hutawanywa katika hexane yenye 0.5 wt.% Span 80, hexane, 0.1 wt.% Triton X katika maji na TBS.Hatimaye, microgels zilitawanywa katika TBS zenye 0.01 wt% Kati ya 20 na kuhifadhiwa kwa 4 ° C kwa takriban wiki 1-2 kabla ya majaribio.
Utengenezaji wa kifaa cha MF umeelezewa katika Taarifa ya Ziada (Njia za Ziada Sehemu ya 5).Katika jaribio la kawaida, thamani chanya ya ΔP inabainishwa na urefu wa jamaa wa hifadhi zilizounganishwa kabla na baada ya kifaa cha MF kwa ajili ya kutambulisha microgel zenye kipenyo cha 150 < D0 < 270 µm kwenye chaneli ndogo.Ukubwa usio na wasiwasi wa microgels uliamua kwa kuibua kwenye macrochannel.Microgel inacha katika eneo la conical kwenye mlango wa kupunguzwa.Wakati ncha ya microgel ya mbele inabakia bila kubadilika kwa dakika 2, tumia programu ya MATLAB ili kuamua nafasi ya microgel kando ya mhimili wa x.Kwa kuongezeka kwa hatua kwa ΔP, microgel husogea kando ya eneo lenye umbo la kabari hadi inapoingia kwenye kizuizi.Mara tu microgel inapoingizwa kikamilifu na kushinikizwa, ΔP hushuka haraka hadi sifuri, kusawazisha kiwango cha maji kati ya hifadhi, na microgel iliyofungwa inabaki tuli chini ya ukandamizaji.Urefu wa microgel ya kuzuia ulipimwa dakika 30 baada ya kubana kukoma.
Wakati wa majaribio ya fibrinolysis, miyeyusho ya t-PA na dextran yenye lebo ya FITC hupenya mikrojeli iliyozuiwa.Mtiririko wa kila kioevu ulifuatiliwa kwa kutumia taswira ya mkondo wa fluorescence.TAP iliyo na alama ya AlexaFluor 633 iliyoambatanishwa na nyuzi za fibrin na kukusanywa ndani ya mikrojeli ya fibrin iliyoshinikizwa (TRITC channel katika Supplementary Fig. 18).Suluhisho la dextran lililo na lebo ya FITC husogea bila kusanyiko kwenye gel ndogo.
Data inayounga mkono matokeo ya utafiti huu inapatikana kutoka kwa waandishi husika baada ya ombi.Picha za SEM ghafi za jeli za fibrin, picha mbichi za TEM za jeli za fibrin kabla na baada ya kuchanjwa, na data kuu ya pembejeo ya Kielelezo 1 na 2. 2 na 3 zimetolewa katika faili ghafi ya data.Nakala hii inatoa data asili.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. na Weisel JV fibrinogen na fibrin.Katika Mchanganyiko wa Protini III wa Macromolecular: Muundo na Utendaji (ed. Harris, JR na Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 ( Springer na Cham, 2021).
Bosman FT na Stamenkovich I. Muundo wa kazi na muundo wa matrix ya nje ya seli.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. na Kumacheva E. Kubuni na matumizi ya hydrogels ya nyuzi za biomimetic bandia.Kitaifa Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Kuiga mitandao ya polima inayoweza kunyumbulika.Kuhani Mod.fizikia.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. na Piku, KR Muundo wa Mitambo wa mitandao ya biopolymer inayoweza kunyumbulika nusu: deformation isiyo ya kushikamana na uwepo wa utegemezi wa masafa marefu.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, na Mahadevan L. Mpangilio unaosababishwa na mkazo wa jeli za kolajeni.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, na Gianmi PA Unyumbufu usio na mstari wa biogels.Asili 435, 191-194 (2005).
Likup, AJ Stress hudhibiti mifumo ya mtandao wa collagen.mchakato.Chuo cha Taifa cha Sayansi.sayansi.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Mkazo mbaya wa kawaida katika geli za biopolymer zinazobadilika nusu.Alma mater wa kitaifa.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Unyumbufu usio na mstari wa mitandao migumu ya nyuzi: ugumu wa mkazo, mkazo hasi wa kawaida, na upatanishi wa nyuzi kwenye geli za fibrin.J. Fizikia.Kemikali.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML na wengine.Tabia nyororo za mitandao ya actin iliyounganishwa na kufungwa.Sayansi 304, 1301-1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mitambo isiyo ya mstari ya mitandao ya macho ya nyuzi inayodhibitiwa na matatizo yenye udhibiti muhimu.Fizikia ya kitaifa.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasticity ya mitandao ya nyuzinyuzi chini ya uniaxial prestressing.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB upenyezaji wa damu kuganda kwa damu kama utendaji wa fibrin na msongamano wa chembe.biofizikia.Jarida 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. na wengine.Tabia ya kutofautiana ya hidrojeni imepunguzwa na capillaries nyembamba.sayansi.Nyumba 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Athari ya heterogeneity ya pathological kwenye elastografia ya wimbi la shear katika hatua ya thrombosis ya mshipa wa kina.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo quantification ya muda tegemezi induration ya kuganda kwa damu kwa kutumia shear wave ultrasound imaging katika mfano sungura venous thrombosis.thrombus.tank ya kuhifadhi.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Uigaji wa kompyuta wa mienendo ya upolimishaji wa fibrin kuhusiana na hadubini ya elektroni na uchunguzi wa tope: muundo wa damu na mkusanyiko hudhibitiwa kinetically.biofizikia.Jarida la 63, 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW na Lorand, L. Asili ya kimuundo ya rheology ya clot ya fibrin.biofizikia.J. 77, 2813–2826 (1999).
Muda wa kutuma: Feb-23-2023