Wetenschappers vinden 3D-geprinte vezelmicrosonde uit voor het meten van in vivo biomechanische eigenschappen van weefsels

Vezeldetectiewetenschappers van de Universiteit van Shenzhen hebben een compacte vezeloptische nanomechanische sonde (FONP) ontwikkeld voor het meten van in vivo biomechanische eigenschappen van weefsel en zelfs afzonderlijke cellen.

Publiceren in het tijdschrift Internationaal tijdschrift voor extreme productiepasten de onderzoekers van de Universiteit van Shenzhen femtoseconde laser-geïnduceerde twee-foton polymerisatietechnologie toe om een ​​fiber-tip microprobe te fabriceren met ultrahoge mechanische precisie tot 2,1 nanonewton.

Dit uiterst nauwkeurige mechanische detectiesysteem maakt de meting mogelijk van in vivo biomechanische eigenschappen van weefsel, enkele cellen en andere soorten zachte biomaterialen. De bevindingen zouden een wijdverspreide impact kunnen hebben op de toekomstige ontwikkeling van Atomic Force Microscopy met alle vezels voor biomechanische testen en nanomanipulatie.

Een van de hoofdonderzoekers, professor Yiping Wang, merkte op: “De biomechanische eigenschappen van verschillende weefsels in het menselijk lichaam variëren sterk met zeven ordes van grootte, van de zachtste cellen tot de stijfste botten. We hebben een flexibele strategie ontwikkeld die kan ontwerpen en fabriceer de fiber-tip microsondes met de meest geschikte veerconstante voor de nauwkeurige in vivo biomechanische meting van bijna alle weefsels in het menselijk lichaam.”

Atomic Force Microscopy (AFM) is een van de weinige technologieën die delicate biomechanische metingen kunnen uitvoeren. Er zijn echter typische beperkingen van een tafelmodel AFM-systeem wat betreft de omvang en het complexe feedbacksysteem. Het vereist ook een bepaalde geometrie van de te meten monsters, wat de toepassing ervan bij biomechanische metingen in vivo verder beperkt.

Eerste auteur Dr. Mengqiang Zou beweerde: “Ons werk heeft een nieuwe generatie volledig uit vezels vervaardigde AFM bereikt met de flexibele methodologie om het beste ontwerp van de fiber-tip microprobe te bereiken voor elke in vivo test, die betrouwbaar bleek te zijn en ook veel meer geminiaturiseerd.”

Professor Changrui Liao is een pionier op het gebied van fiber-tip microdevices vervaardigd door femtoseconde laser-geïnduceerde twee-foton polymerisatietechnologie voor gasdetectie. Hier heeft zijn groep de technologie ontwikkeld om verschillende microstructuren met vezeltip te bereiken, met name in termen van microcantilevers met aanvullend topologisch ontwerp, om microsondes te bereiken met een reeks veerconstanten.

Door deze ontwikkeling kan de “all-fiber AFM” een hulpmiddel van de volgende generatie worden voor fundamenteel onderzoek met in vivo biomechanische metingen van verschillende soorten weefsels.

Het team gebruikte de eindige-elementenmethode en topologische theorie om het ontwerp van fiber-tip microcantilever-sondes te optimaliseren. De beste microsonde zou een betrouwbaar meetvermogen tot 2,1 nanonewton kunnen bereiken.

Professor Sandor Kasas zei: “Dit is een mijlpaal en het is nog maar het begin. We verwachten dat deze techniek een krachtig hulpmiddel zal worden voor in vivo biomechanische studie van menselijk weefsel en cellen, om de grondbeginselen van biomechanische veranderingen die verband houden met ziekten zoals als kanker, en ook in de kritieke processen van ontwikkelingsbiologie.”