Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Nagpakita sa usa ka carousel sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Ang limitasyon sa fibrous hydrogels ngadto sa pig-ot nga mga capillary adunay dakong importansya sa biological ug biomedical nga mga sistema.Ang tensiyon ug uniaxial compression sa fibrous hydrogels kaylap nga gitun-an, apan ang ilang tubag sa biaxial retention sa mga capillary nagpabilin nga wala matukib.Dinhi, gipakita namon sa eksperimento ug teoretikal nga ang mga filamentous nga mga gel motubag sa lahi nga paagi sa pagpugong kaysa sa mga flexible chain gel tungod sa kawala’y simetrya sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga sangkap nga filament, nga humok sa compression ug matig-a sa tensyon.Ubos sa lig-on nga pagpabilin, ang fibrous gel nagpakita sa gamay nga elongation ug usa ka asymptotic nga pagkunhod sa biaxial Poisson's ratio ngadto sa zero, nga miresulta sa lig-on nga gel compaction ug dili maayo nga liquid permeation pinaagi sa gel.Kini nga mga resulta nagpakita sa pagsukol sa gituy-od occlusive thrombi sa lysis sa therapeutic ahente ug stimulate sa pagpalambo sa epektibo nga endovascular embolization gikan sa fibrous gels sa pagpahunong sa vascular pagdugo o sa pagpugong sa dugo suplay sa mga tumor.
Ang mga fibrous nga network mao ang sukaranan nga istruktura ug magamit nga mga bloke sa pagtukod sa mga tisyu ug buhi nga mga selula.Ang actin usa ka dakong bahin sa cytoskeleton1;Ang fibrin usa ka yawe nga elemento sa pag-ayo sa samad ug pagporma sa thrombus2, ug ang collagen, elastin ug fibronectin mga sangkap sa extracellular matrix sa gingharian sa hayop3.Ang nabawi nga mga network sa fibrous biopolymer nahimong mga materyales nga adunay lapad nga aplikasyon sa tissue engineering4.
Ang filamentous nga mga network nagrepresentar sa usa ka bulag nga klase sa biological soft matter nga adunay mekanikal nga mga kabtangan nga lahi sa flexible molekular network5.Ang uban niini nga mga kabtangan milambo sa dagan sa ebolusyon aron makontrol ang tubag sa biolohikal nga butang sa deformation6.Pananglitan, ang mga fibrous network nagpakita sa linear elasticity sa gagmay nga mga strain7,8 samtang sa dagkong mga strain nagpakita sila og dugang nga pagkagahi9,10, sa ingon nagmintinar sa integridad sa tisyu.Ang mga implikasyon alang sa ubang mekanikal nga mga kabtangan sa fibrous gels, sama sa negatibo nga normal nga stress isip tubag sa shear strain11,12, wala pa madiskobrehi.
Ang mekanikal nga mga kabtangan sa semi-flexible fibrous hydrogels gitun-an ubos sa uniaxial tension13,14 ug compression8,15, apan ang ilang kagawasan-induced biaxial compression sa pig-ot nga capillaries o tubes wala gitun-an.Dinhi among gitaho ang mga resulta sa eksperimento ug sa teoriya nagsugyot og usa ka mekanismo alang sa kinaiya sa fibrous hydrogels ubos sa biaxial retention sa microfluidic channels.
Ang mga microgel sa fibrin nga adunay lainlaing mga ratios sa mga konsentrasyon sa fibrinogen ug thrombin ug usa ka diametro sa D0 gikan sa 150 hangtod 220 µm gihimo gamit ang usa ka pamaagi nga microfluidic (Supplementary Figure 1).Sa fig.Ang 1a nagpakita sa mga hulagway sa fluorochrome nga adunay label nga microgels nga nakuha gamit ang confocal fluorescence microscopy (CFM).Ang microgels spherical, adunay polydispersity nga ubos pa sa 5%, ug managsama ang istruktura sa mga timbangan nga gisusi sa CFM (Supplementary Information and Movies S1 ug S2).Ang kasagaran nga gidak-on sa pore sa microgels (determinado pinaagi sa pagsukod sa Darcy permeability16) mikunhod gikan sa 2280 ngadto sa 60 nm, ang fibrin content misaka gikan sa 5.25 ngadto sa 37.9 mg/mL, ug ang thrombin concentration mikunhod gikan sa 2.56 ngadto sa 0.27 units/mL, matag usa.(Dugang nga Impormasyon).bugas.2), 3 ug supplementary table 1).Ang katugbang nga pagkagahi sa microgel misaka gikan sa 0.85 ngadto sa 3.6 kPa (Supplementary Fig. 4).Ingon nga mga pananglitan sa mga gel nga naporma gikan sa flexible nga mga kadena, gigamit ang mga agarose microgels sa lainlaing mga pagkagahi.
Fluorescence microscopy nga imahe sa fluorescein isothiocyanate (FITC) nga gimarkahan nga PM nga gisuspinde sa TBS.Ang bar scale kay 500 µm.b SEM nga mga hulagway sa SM (ibabaw) ug RM (ubos).Scale bar 500 nm.c Schematic diagram sa usa ka microfluidic channel nga naglangkob sa usa ka dako nga channel (diameter dl) ug usa ka pig-ot nga cone-shaped nga rehiyon nga adunay entry angle α sa 15 ° ug usa ka diametro sa dc = 65 µm.d Wala ngadto sa tuo: Optical microscope nga mga hulagway sa RM (diameter D0) sa dagkong mga channel, conical zone ug constriction (limitahan ang gel nga gitas-on Dz).Ang bar scale kay 100 µm.e, f TEM nga mga hulagway sa usa ka undeformed RM (e) ug usa ka occluded RM (f), gitakda alang sa usa ka oras uban sa constriction 1 / λr = 2.7, gisundan sa pagpagawas ug fixation sa 5% sa masa.glutaraldehyde sa TBS.Ang diyametro sa undeformed CO mao ang 176 μm.Ang scale bar kay 100 nm.
Nag-focus kami sa fibrin microgels nga adunay katig-a nga 0.85, 1.87 ug 3.6 kPa (gitawag nga soft microgels (SM), medium hard microgels (MM) ug hard microgels (RM), matag usa).Kini nga han-ay sa pagkagahi sa fibrin gel parehas nga han-ay sa kadako sama sa mga clots sa dugo18,19 ug busa ang mga fibrin gel nga gitun-an sa among trabaho direktang may kalabotan sa tinuod nga biolohikal nga mga sistema.Sa fig.Ang 1b nagpakita sa ibabaw ug sa ubos nga mga hulagway sa SM ug RM nga mga istruktura nga nakuha gamit ang scanning electron microscope (SEM), matag usa.Kung itandi sa mga istruktura sa RM, ang mga network sa SM naporma sa mas baga nga mga lanot ug mas gamay nga mga punto sa sanga, nga nahiuyon sa naunang mga taho 20, 21 (Supplementary Fig. 5).Ang kalainan sa istruktura sa hydrogel adunay kalabotan sa uso sa mga kabtangan niini: ang pagkamatuhup sa gel mikunhod uban ang pagkunhod sa gidak-on sa pore gikan sa SM hangtod sa MM ug RM (Supplementary Table 1), ug ang pagkagahi sa gel nagbalikbalik.Wala’y mga pagbag-o sa istruktura sa microgel nga nakit-an pagkahuman sa pagtipig sa 4 ° C sa 30 ka adlaw (Supplementary Fig. 6).
Sa fig.Ang 1c nagpakita sa usa ka diagram sa usa ka microfluidic channel nga adunay usa ka circular cross section nga adunay sulod (gikan sa wala ngadto sa tuo): usa ka dako nga channel nga adunay diametro dl diin ang microgel nagpabilin nga wala mabag-o, usa ka cone-shaped nga seksyon nga adunay usa ka pig-ot nga diametro dc
Sa fig.Ang 1e, 1f nagpakita sa transmission electron microscopy (TEM) nga mga hulagway sa undeformed ug biaxially limited RM structures.Human sa RM compression, ang microgel pore size sa kamahinungdanon mikunhod ug ang ilang porma nahimong anisotropic nga adunay mas gagmay nga mga gidak-on sa direksyon sa compression, nga nahiuyon sa naunang report 23.
Ang biaxial compression atol sa contraction maoy hinungdan sa microgel nga molugway sa walay kinutuban nga direksyon nga adunay coefficient λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , diin \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) mao ang gitas-on sa closed microgel Figure 2a nagpakita sa kausaban sa λzvs .1/ λr Alang sa fibrin ug agarose microgels Katingad-an, ubos sa kusog nga pag-compress sa 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, ang fibrin microgels nagpakita sa usa ka negligible elongation sa 1.12 +/- 0.03 λz, nga gamay ra nga apektado sa bili sa 1/λr. limitado nga agarose microgels, nga makita bisan sa huyang nga compression 1/λr = 2.6 ngadto sa mas dako nga elongation λz = 1.3.
a Agarose microgel nga mga eksperimento nga adunay lain-laing elastic moduli (2.6 kPa, berde nga bukas nga diamante; 8.3 kPa, brown nga bukas nga lingin; 12.5 kPa, orange nga bukas nga kuwadrado; 20.2 kPa, magenta nga bukas nga inverted triangle) ug SM (solid nga pula) Pagbag-o sa gisukod nga elongation λz ( mga lingin), MM (solid black squares) ug RM (solid blue triangles).Ang solidong mga linya nagpakita sa theoretically predicted λz para sa agarose (berde nga linya) ug fibrin microgels (mga linya ug simbolo nga parehas og kolor).b, c Top panel: schematic diagram sa network chains sa agarose (b) ug fibrin (c) sa wala pa (wala) ug human sa (tuo) biaxial compression.Ubos: Porma sa katugbang nga network sa wala pa ug pagkahuman sa deformation.Ang x ug y compression direksyon gipakita sa magenta ug brown nga mga pana, sa tinagsa.Sa hulagway sa ibabaw, ang mga kadena sa mga network nga gipunting niini nga mga x ug y nga mga direksyon gipakita uban sa katugbang nga magenta ug brown nga mga linya, ug ang mga kadena nga gipunting sa usa ka arbitraryong z nga direksyon girepresentahan sa berdeng mga linya.Sa fibrin gel (c), ang purpura ug brown nga mga linya sa x ug y nga mga direksyon moliko labaw pa kay sa dili deformed nga kahimtang, ug ang berde nga mga linya sa z nga direksyon miduko ug nag-inat.Ang tensyon tali sa mga direksyon sa compression ug tension gipasa pinaagi sa mga hilo nga adunay mga intermediate nga direksyon.Sa agarose gels, ang mga kadena sa tanang direksyon nagtino sa osmotic pressure, nga naghimo sa usa ka mahinungdanon nga kontribusyon sa deformation sa gel.d Gitagna nga kausaban sa biaxial Poisson's ratio, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), para sa equibiaxial compression sa agarose (berde nga linya) ug fibrin (pula nga linya) nga mga gel.Ang inset nagpakita sa biaxial deformation sa gel.e Pagbag-o sa presyur sa translokasyon ΔPtr, na-normalize sa pagkagahi sa gel S, giplano isip usa ka function sa compression ratio alang sa agarose ug fibrin microgels.Ang mga kolor sa simbolo katumbas sa mga kolor sa (a).Ang berde ug pula nga mga linya naghulagway sa teoretikal nga relasyon tali sa ΔPtr / S ug 1 / λr alang sa agarose ug fibrin gels, matag usa.Ang dashed nga bahin sa pula nga linya nagpakita sa pagtaas sa ΔPtr ubos sa kusog nga compression tungod sa interfiber interaction.
Kini nga kalainan nalangkit sa lain-laing mga mekanismo sa deformation sa fibrin ug agarose microgel networks, nga naglangkob sa flexible24 ug rigid25 hilo, sa tinagsa.Ang Biaxial compression sa flexible gels nagdala ngadto sa pagkunhod sa ilang gidaghanon ug usa ka kalambigit nga pagtaas sa konsentrasyon ug osmotic pressure, nga mosangpot sa usa ka elongation sa gel sa walay kinutuban nga direksyon.Ang katapusan nga elongation sa gel nagdepende sa balanse sa usa ka pagtaas sa entropic libre nga enerhiya sa gituy-od nga mga kadena ug ang pagkunhod sa libre nga enerhiya sa osmosis tungod sa ubos nga polymer konsentrasyon sa gituy-od gel.Ubos sa lig-on nga biaxial compression, ang elongation sa gel nagdugang sa λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (tan-awa ang Fig. 2a sa seksyon sa panaghisgot 5.3.3).Ang conformational nga mga pagbag-o sa flexible chain ug ang porma sa mga katugbang nga network sa wala pa ug pagkahuman sa biaxial retention gipakita sa Fig.2b.
Sa kasukwahi, ang fibrous gels sama sa fibrin sa kinaiyanhon lahi nga pagtubag sa biaxial retention.Ang mga filament nga oriented kasagaran parallel sa direksyon sa compression flex (sa ingon pagkunhod sa gilay-on sa taliwala sa mga cross-link), samtang ang mga filament kasagaran perpendicular sa direksyon sa kompresiyon tul-id ug moinat ubos sa aksyon sa pagkamaunat-unat nga pwersa, nga hinungdan sa gel sa elongate ( Fig. 1).2c) Ang mga istruktura sa undeformed SM, MM ug RM gihulagway pinaagi sa pag-analisar sa ilang mga imahe sa SEM ug CFM (Supplementary Discussion Section IV ug Supplementary Figure 9).Pinaagi sa pagtino sa pagkamaunat-unat modulus (E), diametro (d), profile gitas-on (R0), gilay-on tali sa mga tumoy (L0 ≈ R0) ug sentral nga anggulo (ψ0) sa mga strands sa undeformed fibrin microgels (Supplementary Table 2) - 4), atong makita nga ang thread bending modulus \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 Ang {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) mas ubos kay sa iyang tensile modulus\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), busa kb/ks ≈ 0.1 (Supplementary Table 4).Busa, ubos sa mga kondisyon sa biaxial gel retention, ang fibrin strands daling mabawog, apan pugngan ang pag-inat.Ang elongation sa usa ka filamentous network nga gipailalom sa biaxial compression gipakita sa Supplementary Fig. 17.
Naghimo kami og usa ka theoretical affine model (Supplementary Discussion Section V ug Supplementary Figures 10-16) diin ang elongation sa usa ka fibrous gel gitino gikan sa lokal nga panimbang sa mga elastic forces nga naglihok sa gel ug nagtagna nga sa usa ka lig-on nga biaxial strain λz - 1 ubos sa pagpugong
Ang equation (1) nagpakita nga bisan ubos sa kusog nga compression (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) adunay gamay nga pagpalapad sa gel ug misunod nga elongation deformation sa saturation λz–1 = 0.15 ± 0.05.Kini nga kinaiya nalangkit sa (i) \({\ wala({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm { s }}}}}}}\tuo)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 ug (ii) ang termino sa square brackets asymptotically gibanabana nga \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) para sa lig-on nga biaxial bond. Importante nga timan-an nga ang prefactor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\tuo)}^{1/2 }\) walay labut sa katig-a sa hilo E, apan gitino lamang sa aspect ratio sa hilo d/L0 ug sa sentral nga anggulo sa arko ψ0, nga susama sa SM, MM ug RM (Supplementary Table 4).
Aron sa dugang nga pagpasiugda sa kalainan sa kagawasan-induced strain tali sa flexible ug filamentous gels, atong gipaila ang biaxial Poisson's ratio \({\ nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) naghulagway sa walay kinutuban oryentasyon sa gel strain agig tubag sa patas nga strain sa duha ka radial nga direksyon, ug gipalugway kini ngadto sa dagkong uniporme nga mga strain \ rm{b }}}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Sa fig.2d nagpakita \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) para sa uniporme nga biaxial compression sa flexible (sama sa agarose) ug rigid (sama sa fibrin) gels (Supplementary discussion, Seksyon 5.3.4), ug nagpasiugda sa relasyon tali sa lig-on nga mga kalainan sa mga tubag sa pagkabilanggo. Alang sa mga agarose gel ubos sa kusgan nga mga pagdili {\rm{eff}}}}}}}}\) mosaka ngadto sa asymptotic value nga 2/3, ug alang sa fibrin gels mikunhod kini ngadto sa zero, tungod kay ang lnλz/lnλr → 0, tungod kay ang λz misaka sa saturation samtang nagdugang ang λr.Timan-i nga sa mga eksperimento, ang closed spherical microgels deform inhomogeneously, ug ang ilang sentral nga bahin makasinati og mas kusog nga compression;bisan pa, ang extrapolation sa usa ka dako nga kantidad sa 1 / λr nagpaposible nga itandi ang eksperimento sa teorya alang sa parehas nga deformed gels.
Ang laing kalainan sa kinaiya sa flexible chain gels ug filamentous gels nakit-an tungod sa ilang paglihok sa contraction.Ang presyur sa translocation ΔPtr, na-normalize sa gel stiffness S, misaka uban sa pagdugang sa compression (Fig. 2e), apan sa 2.0 ≤ 1 / λr ≤ 3.5, ang fibrin microgels nagpakita nga mas ubos nga mga bili sa ΔPtr / S ubos sa panahon sa pag-urong.Ang pagpabilin sa agarose microgel modala ngadto sa pagtaas sa osmotic pressure, nga mosangpot sa pag-inat sa gel sa longhitudinal nga direksyon samtang ang mga molekula sa polimer giinat (Fig. 2b, wala) ug usa ka pagtaas sa translocation pressure sa ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Sa kasukwahi, ang porma sa closed fibrin microgels gitino pinaagi sa balanse sa enerhiya sa mga hilo sa radial compression ug longhitudinal tension, nga mosangpot ngadto sa maximum longhitudinal deformation λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).Para sa 1/λr ≫ 1, ang pagbag-o sa presyur sa translokasyon gi-scale isip 1 }{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Supplementary Discussion, Seksyon 5.4), ingon sa gipakita sa solid nga pula nga linya sa Fig. 2e.Busa, ang ΔPtr dili kaayo mapugngan kay sa mga agarose gel.Alang sa mga compression nga adunay 1 / λr> 3.5, ang usa ka mahinungdanon nga pagtaas sa gidaghanon nga tipik sa mga filament ug ang interaksyon sa mga silingang filament naglimite sa dugang nga deformation sa gel ug mosangpot sa mga pagtipas sa mga resulta sa eksperimento gikan sa mga panagna (pula nga tuldok nga linya sa Fig. 2e).Atong gihinapos nga para sa samang 1/λr ug Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) ang agarose gel makuha sa microchannel, ug ang fibrin gel nga adunay parehas nga katig-a moagi niini.Alang sa ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Duha ka Duha ka mga gel ang mobabag sa agianan, apan ang fibrin gel moduso og mas lawom ug mo-compress nga mas epektibo, nga makababag sa agos sa fluid nga mas epektibo.Ang mga resulta nga gipakita sa Figure 2 nagpakita nga ang fibrous gel mahimong magsilbing usa ka epektibong plug sa pagpakunhod sa pagdugo o pagpugong sa suplay sa dugo ngadto sa mga tumor.
Sa laing bahin, ang fibrin nagporma og clot scaffold nga mosangpot sa thromboembolism, usa ka pathological nga kondisyon diin ang usa ka thrombus occludes sa usa ka sudlanan sa ΔP < ΔPtr, sama sa pipila ka mga matang sa ischemic stroke (Fig. 3a).Ang mas huyang nga pag-uswag nga gipahinabo sa pagdili sa fibrin microgels miresulta sa mas kusog nga pagtaas sa konsentrasyon sa fibrin sa C / C fibrinogen kumpara sa flexible chain gels, diin ang C ug C fibrinogen gipugngan ug undeformed microgels, matag usa.Ang konsentrasyon sa polimer sa gel.Ang Figure 3b nagpakita nga ang fibrinogen C / C sa SM, MM, ug RM misaka labaw sa pito ka pilo sa 1 / λr ≈ 4.0, nga gimaneho sa pagdili ug dehydration (Supplementary Fig. 16).
Schematic nga paghulagway sa occlusion sa tunga nga cerebral artery sa utok.b Restriction-mediated relative increase sa fibrin concentration sa obstructive SM (solid red circles), MM (solid black squares), ug RM (solid blue triangles).c Eksperimental nga disenyo nga gigamit sa pagtuon sa cleavage sa gipugngan nga fibrin gels.Ang usa ka solusyon sa fluorescently nga gimarkahan nga tPA sa TBS gi-injected sa usa ka flow rate nga 5.6 × 107 µm3/s ug usa ka dugang nga pressure drop sa 0.7 Pa alang sa mga channel nga nahimutang tul-id sa taas nga axis sa main microchannel.d Gipundok nga multichannel nga mikroskopiko nga hulagway sa obstructive MM (D0 = 200 µm) sa Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa ug sa panahon sa pagbahin.Vertical dotted lines nagpakita sa inisyal nga mga posisyon sa posterior ug anterior edges sa MM sa tlys = 0. Green ug pink nga mga kolor katumbas sa FITC-dextran (70 kDa) ug tPA nga gimarkahan sa AlexaFluor633, matag usa.e Time-varying relative volume sa occluded RMs nga adunay D0 nga 174 µm (blue open inverted triangle), 199 µm (blue open triangle), ug 218 µm (blue open triangle), matag usa, sa conical microchannel nga Xf = 28 ± 1 µm.ang mga seksyon adunay ΔP 1200, 1800, ug 3000 Pa, matag usa, ug Q = 1860 ± 70 µm3/s.Ang inset nagpakita sa RM (D0 = 218 µm) nga nag-plug sa microchannel.f Pagbag-o sa oras sa paryente nga gidaghanon sa SM, MM o RM nga gibutang sa Xf = 32 ± 12 µm, sa ΔP 400, 750 ug 1800 Pa ug ΔP 12300 Pa ug Q 12300 sa conical nga rehiyon sa microchannel, sa tinagsa 2400 ug 18360 µm /s.Ang Xf nagrepresentar sa atubangan nga posisyon sa microgel ug nagtino sa gilay-on niini gikan sa pagsugod sa pagkunhod.Ang V(tlys) ug V0 mao ang temporaryo nga gidaghanon sa lysed microgel ug ang gidaghanon sa wala madisturbo nga microgel, matag usa.Ang mga kolor sa karakter katumbas sa mga kolor sa b.Itom nga mga pana sa e, f katumbas sa katapusang gutlo sa panahon sa wala pa ang pag-agi sa microgels pinaagi sa microchannel.Ang scale bar sa d, e kay 100 µm.
Sa pag-imbestigar sa epekto sa pagdili sa fluid flow reduction sa obstructive fibrin gels, among gitun-an ang lysis sa SM, MM, ug RM nga na-infiltrate sa thrombolytic agent tissue plasminogen activator (tPA).Gipakita sa Figure 3c ang eksperimento nga disenyo nga gigamit alang sa mga eksperimento sa lysis. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ug usa ka rate sa pag-agos, Q = 2400 μm3 / s, sa Tris-buffered saline (TBS) nga gisagol sa 0.1 mg / mL sa (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, ang microgel nag-occlude sa tapered microchannel rehiyon. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ug usa ka rate sa pag-agos, Q = 2400 μm3 / s, sa Tris-buffered saline (TBS) nga gisagol sa 0.1 mg / mL sa (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, ang microgel nag-occlude sa tapered microchannel rehiyon. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ug скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного смешанного смешанного цианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ug usa ka rate sa pag-agos, Q = 2400 µm3 / s, sa Tris buffered saline (TBS) nga gisagol sa 0.1 mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, ang microgel nag-occlude sa converging microchannel.rehiyon.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL 的（异硫氰酸荐光爱酸荐光爙时，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 (флуоресцеинизотио) 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) 0 старки раствотио а (<ΔPtr) ug скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Gi-plug ang mga microgel sa dihang ang Tris buffered saline (TBS) gisagol sa 0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ug flow rate Q = 2400 µm3/s Conical nga mga rehiyon sa microchannels.Ang unahan nga posisyon Xf sa microgel nagtino sa gilay-on niini gikan sa inisyal nga pagkunhod sa punto X0.Aron mapukaw ang lysis, usa ka solusyon sa fluorescently nga gimarkahan nga tPA sa TBS ang gi-inject gikan sa usa ka channel nga nahimutang sa orthogonally hangtod sa taas nga axis sa main microchannel.
Sa diha nga ang solusyon sa tPA nakaabot sa occlusal MM, ang posterior nga ngilit sa microgel nahimong hanap, nga nagpakita nga ang fibrin cleavage nagsugod sa panahon tlys = 0 (Fig. 3d ug Supplementary Fig. 18).Atol sa fibrinolysis, ang tPA nga gimarkahan sa tina natipon sa sulod sa MM ug nagbugkos sa mga hilo sa fibrin, nga nagdala sa hinay nga pagtaas sa intensity sa pink nga kolor sa microgels.Sa tlys = 60 min, ang MM nagkontrata tungod sa pagkabungkag sa likod nga bahin niini, ug ang posisyon sa nag-unang ngilit niini nga Xf nagbag-o gamay.Human sa 160 min, ang kusog nga gikontrata nga MM nagpadayon sa pagkontrata, ug sa tlys = 161 min, kini miagi sa contraction, sa ingon nagpabalik sa fluid flow pinaagi sa microchannel (Fig. 3d ug Supplementary Fig. 18, right column).
Sa fig.Ang 3e nagpakita sa lysis-mediated time-dependent nga pagkunhod sa volume V(tlys) nga na-normalize sa inisyal nga volume V0 sa lain-laing gidak-on nga fibrin microgels.Ang CO nga adunay D0 174, 199, o 218 µm gibutang sa usa ka microchannel nga adunay ΔP 1200, 1800, o 3000 Pa, matag usa, ug Q = 1860 ± 70 µm3/s aron babagan ang microchannel (Fig. 3e, inset).nutrisyon.Ang mga microgel anam-anam nga mokunhod hangtod nga kini gamay ra aron makaagi sa mga agianan.Ang pagkunhod sa kritikal nga gidaghanon sa CO nga adunay mas dako nga inisyal nga diyametro nagkinahanglan og mas taas nga panahon sa lysis.Tungod sa parehas nga pag-agos pinaagi sa lainlain nga gidak-on nga RM, ang cleavage mahitabo sa parehas nga rate, nga moresulta sa pagtunaw sa gagmay nga mga tipik sa dagkong mga RM ug ang ilang nalangan nga translokasyon.Sa fig.Gipakita sa 3f ang relatibong pagkunhod sa V(tlys)/V0 tungod sa pagbahin sa SM, MM, ug RM sa D0 = 197 ± 3 µm nga gilaraw isip function sa tlys.Para sa SM, MM ug RM, ibutang ang matag microgel sa microchannel nga adunay ΔP 400, 750 o 1800 Pa ug Q 12300, 2400 o 1860 µm3/s, matag usa.Bisan kung ang presyur nga gigamit sa SM mao ang 4.5 ka beses nga mas ubos kaysa sa RM, ang pag-agos sa SM labaw pa sa unom ka beses nga mas kusog tungod sa mas taas nga pagkamatuhup sa SM, ug ang pagkunhod sa microgel mikunhod gikan sa SM ngadto sa MM ug RM .Pananglitan, sa tlys = 78 min, ang SM kasagarang natunaw ug nawad-an, samtang ang MM ug PM nagpadayon sa pagbara sa mga microchannel, bisan pa nga nagpabilin lamang ang 16% ug 20% sa ilang orihinal nga gidaghanon, matag usa.Kini nga mga resulta nagsugyot sa kamahinungdanon sa convection-mediated lysis sa constricted fibrous gels ug may kalabutan sa mga taho sa mas paspas nga paghilis sa mga clots nga adunay ubos nga fibrin content.
Sa ingon, ang among trabaho nagpakita sa eksperimento ug teoretikal nga mekanismo diin ang mga filamentous gels motubag sa biaxial confinement.Ang kinaiya sa fibrous gels sa usa ka limitado nga luna gitino sa lig-on nga asymmetry sa strain energy sa mga filament (humok sa compression ug gahi sa tension) ug pinaagi lamang sa aspect ratio ug curvature sa mga filament.Kini nga reaksyon moresulta sa gamay nga pagpahaba sa fibrous gels nga anaa sa pig-ot nga mga capillary, ang ilang biaxial Poisson's ratio mikunhod uban sa pagdugang sa compression ug dili kaayo light bit pressure.
Tungod kay ang biaxial nga sulud sa mga humok nga deformable nga mga partikulo gigamit sa usa ka halapad nga teknolohiya, ang among mga resulta nagdasig sa pag-uswag sa mga bag-ong fibrous nga materyales.Sa partikular, ang pagpabilin sa biaxial sa mga filamentous gel sa pig-ot nga mga capillary o mga tubo nagdala sa ilang lig-on nga compaction ug usa ka mahait nga pagkunhod sa pagkamatuhup.Ang kusog nga pagpugong sa pag-agos sa pluwido pinaagi sa occlusive fibrous gels adunay mga bentaha kung gigamit ingon mga plugs aron mapugngan ang pagdugo o makunhuran ang suplay sa dugo sa mga malignancies33,34,35.Sa laing bahin, ang pagkunhod sa pag-agos sa fluid pinaagi sa occlusal fibrin gel, sa ingon nagpugong sa convective-mediated thrombus lysis, naghatag usa ka timailhan sa hinay nga lysis sa occlusal clots [27, 36, 37].Ang among sistema sa pagmodelo mao ang una nga lakang aron masabtan ang mga implikasyon sa mekanikal nga tubag sa fibrous biopolymer hydrogels sa pagpadayon sa biaxial.Ang pag-apil sa mga selula sa dugo o mga platelet ngadto sa obstructive fibrin gels makaapekto sa ilang restriction behavior 38 ug mao ang sunod nga lakang sa pagbutyag sa kinaiya sa mas komplikado nga biologically significant nga mga sistema.
Ang mga reagents nga gigamit sa pag-andam sa fibrin microgels ug paghimo sa mga aparato sa MF gihulagway sa Supplementary Information (Mga Supplementary Methods Seksyon 2 ug 4).Ang mga fibrin microgels giandam pinaagi sa pag-emulsify sa usa ka sinagol nga solusyon sa fibrinogen, Tris buffer ug thrombin sa usa ka flow focusing MF device, gisundan sa droplet gelation.Ang bovine fibrinogen solution (60 mg/ml sa TBS), Tris buffer ug bovine thrombin solution (5 U/ml sa 10 mM CaCl2 solution) gipangalagad gamit ang duha ka independently controlled syringe pumps (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).aron babagan ang MF, USA).Ang padayon nga bahin sa F-oil nga adunay 1 wt.% block copolymer PFPE-P(EO-PO)-PFPE, gipaila sa yunit sa MF gamit ang ikatulo nga syringe pump.Ang mga tinulo nga naporma sa MF device gikolekta sa usa ka 15 ml centrifuge tube nga adunay F-oil.Ibutang ang mga tubo sa usa ka kaligoanan sa tubig sa 37 °C sulod sa 1 ka oras aron makompleto ang fibrin gelation.Ang FITC nga adunay label nga fibrin microgels giandam pinaagi sa pagsagol sa bovine fibrinogen ug FITC nga gimarkahan nga human fibrinogen sa usa ka 33:1 nga gibug-aton nga ratio, matag usa.Ang pamaagi parehas sa pag-andam sa fibrin microgels.
Pagbalhin sa microgels gikan sa lana F ngadto sa TBS pinaagi sa centrifuging sa pagkatibulaag sa 185 g alang sa 2 min.Ang mga precipitated microgels gisabwag sa lana F nga gisagol sa 20 wt.% perfluorooctyl alcohol, dayon gisabwag sa hexane nga adunay 0.5 wt.% Span 80, hexane, 0.1 wt.% Triton X sa tubig ug TBS.Sa katapusan, ang mga microgel gisabwag sa TBS nga adunay 0.01 wt% Tween 20 ug gitipigan sa 4 ° C sa gibana-bana nga 1-2 ka semana sa wala pa ang mga eksperimento.
Ang paghimo sa MF device gihulagway sa Supplementary Information (Supplementary Methods Section 5).Sa usa ka tipikal nga eksperimento, ang positibo nga bili sa ΔP gitino pinaagi sa paryente nga gitas-on sa mga reservoir nga konektado sa wala pa ug pagkahuman sa MF device alang sa pagpaila sa mga microgel nga adunay diametro nga 150 < D0 < 270 µm ngadto sa mga microchannel.Ang dili mabalda nga gidak-on sa microgels gitino pinaagi sa paghanduraw niini sa macrochannel.Ang microgel mihunong sa usa ka conical nga lugar sa entrada sa constriction.Kung ang tumoy sa anterior microgel nagpabilin nga wala magbag-o sa 2 min, gamita ang programa sa MATLAB aron mahibal-an ang posisyon sa microgel ubay sa x-axis.Uban sa usa ka sunod-sunod nga pagtaas sa ΔP, ang microgel naglihok ubay sa porma nga wedge nga rehiyon hangtod nga kini mosulod sa constriction.Sa diha nga ang microgel hingpit nga gisal-ut ug gi-compress, ang ΔP paspas nga nahulog sa zero, nga nagbalanse sa lebel sa tubig tali sa mga reservoir, ug ang sirado nga microgel nagpabilin nga wala’y hunong sa ilawom sa compression.Ang gitas-on sa obstructive microgel gisukod 30 min human ang constriction mihunong.
Atol sa mga eksperimento sa fibrinolysis, ang mga solusyon sa t-PA ug FITC-label nga dextran nakasulod sa gibabagan nga mga microgel.Ang pag-agos sa matag likido gimonitor gamit ang single channel fluorescence imaging.Ang TAP nga gimarkahan sa AlexaFluor 633 nga gilakip sa fibrin fibers ug natipon sa sulod sa compressed fibrin microgels (TRITC channel sa Supplementary Fig. 18).Ang solusyon sa dextran nga gimarkahan sa FITC naglihok nga wala’y akumulasyon sa microgel.
Ang mga datos nga nagsuporta sa mga resulta niini nga pagtuon anaa gikan sa tagsa-tagsa nga mga tagsulat kung gihangyo.Ang hilaw nga SEM nga mga hulagway sa fibrin gels, hilaw nga TEM nga mga hulagway sa fibrin gels sa wala pa ug human sa inoculation, ug ang nag-unang input data alang sa Figures 1 ug 2. 2 ug 3 gihatag sa hilaw nga data file.Kini nga artikulo naghatag sa orihinal nga datos.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. ug Weisel JV fibrinogen ug fibrin.Sa Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ed. Harris, JR ug Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer ug Cham, 2021).
Bosman FT ug Stamenkovich I. Functional nga istruktura ug komposisyon sa extracellular matrix.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. ug Kumacheva E. Disenyo ug paggamit sa artipisyal nga biomimetic fiber hydrogels.Nasyonal Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modeling semi-flexible polymer network.Pari Mod.pisika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. ug Piku, KR Mechanical modeling sa semi-flexible biopolymer networks: non-affine deformation ug ang presensya sa long-range dependencies.Sa Advances sa Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, ug Mahadevan L. Stress-induced alignment sa collagen gels.PLoS Usa 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, ug Gianmi PA Nonlinear elasticity sa biogels.Kinaiyahan 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress nagkontrol sa mga mekanismo sa collagen network.proseso.National Academy of Science.ang siyensya.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, ug uban pa.Negatibo nga normal nga stress sa semi-flexible biopolymer gels.Nasyonal nga alma mater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Nonlinear elasticity sa stiff fiber networks: strain hardening, negatibo nga normal nga stress, ug fiber alignment sa fibrin gels.J. Pisika.Kemikal.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML ug uban pa.Ang pagkamaunat-unat nga kinaiya sa cross-linked ug bound actin networks.Science 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. ug uban pa.Nonlinear mechanics sa strain-controlled fiber optic network nga adunay kritikal nga kontrol.Nasyonal nga pisika.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasticity sa fiber network ubos sa uniaxial prestressing.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Blood clot hydraulic permeability isip function sa fibrin ug platelet density.biophysics.Journal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. ug uban pa.Ang daghag gamit nga kinaiya sa hydrogels limitado sa pig-ot nga mga capillary.ang siyensya.Balay 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Epekto sa pathologic heterogeneity sa shear wave elastography sa deep vein thrombosis staging.PLoS Usa 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo quantification of time-dependent induration of blood clots using shear wave ultrasound imaging sa rabbit venous thrombosis model.thrombus.tangke sa pagtipig.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Computer simulation sa fibrin polymerization dynamics kalabot sa electron microscopy ug turbidity obserbasyon: clot structure ug assembly kay kinetically controlled.biophysics.Journal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW ug Lorand, L. Structural nga gigikanan sa fibrin clot rheology.biophysics.J. 77, 2813–2826 (1999).
Oras sa pag-post: Peb-23-2023