Misaotra anao nitsidika ny nature.com. Voafetra ny fanohanan'ny CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa ny dikan-tranonkala farany indrindra (na hamono ny fomba fifanarahana ao amin'ny Internet Explorer). Fanampin'izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, ity tranonkala ity dia tsy hampiditra styles na JavaScript.
Mety hiteraka fahadisoana amin'ny fametrahana ny taratra X mandritra ny fitsaboana amin'ny alalan'ny taratra ny fihetsehan'ny taova sy ny sela. Noho izany, ilaina ny fitaovana manana toetra mekanika sy radiolojika mitovy amin'ny sela mba hanahafana ny fihetsehan'ny taova mba hanatsarana ny fitsaboana amin'ny alalan'ny taratra. Na izany aza, mbola sarotra ny fampivoarana ireo fitaovana ireo. Manana toetra mitovy amin'ny an'ny matrix extracellular ny hydrogels alginate, ka mahatonga azy ireo ho fitaovana mitovy amin'ny sela. Ato amin'ity fandalinana ity, ny foam hydrogel alginate miaraka amin'ny toetra mekanika sy radiolojika irina dia novokarina tamin'ny alàlan'ny famoahana Ca2+ in situ. Nofehezina tsara ny tahan'ny rivotra amin'ny volume mba hahazoana foam hydrogel miaraka amin'ny toetra mekanika sy radiolojika voafaritra. Nofaritana ny macro- sy micromorphology an'ireo fitaovana, ary nodinihina ny fitondran-tenan'ny foam hydrogel eo ambany fanerena. Notombanana ara-teorika sy nohamarinina tamin'ny alalan'ny fanandramana tamin'ny alalan'ny computed tomography ireo toetra radiolojika. Ity fandalinana ity dia manazava ny fivoaran'ny fitaovana mitovy amin'ny sela amin'ny ho avy izay azo ampiasaina amin'ny fanatsarana ny fatran'ny taratra sy ny fanaraha-maso ny kalitao mandritra ny fitsaboana amin'ny alalan'ny taratra.
Fitsaboana mahazatra amin'ny homamiadana1 ny fitsaboana amin'ny taratra. Matetika ny fihetsehan'ny taova sy ny sela dia mitarika amin'ny fahadisoana amin'ny fametrahana ny taratra X mandritra ny fitsaboana amin'ny taratra2, izay mety hiteraka tsy fahatomombanana amin'ny fitsaboana ny fivontosana sy ny fiparitahan'ny taratra tsy ilaina amin'ny sela salama manodidina. Ny fahafahana maminavina ny fihetsehan'ny taova sy ny sela dia tena ilaina mba hampihenana ny fahadisoana amin'ny toerana misy ny fivontosana. Nifantoka tamin'ny havokavoka ity fandalinana ity, satria mandalo fiovana sy fihetsehana lehibe izy ireo rehefa miaina ny marary mandritra ny fitsaboana amin'ny taratra. Modely singa voafetra isan-karazany no novolavolaina sy nampiharina mba hanahafana ny fihetsehan'ny havokavoka olombelona3,4,5. Na izany aza, ny taova sy ny sela olombelona dia manana endrika sarotra ary miankina betsaka amin'ny marary. Noho izany, ny fitaovana mitovy amin'ny sela dia tena ilaina amin'ny famolavolana modely ara-batana mba hanamarinana ny modely teorika, hanamora ny fitsaboana ara-pitsaboana nohatsaraina, ary ho an'ny tanjona fanabeazana ara-pitsaboana.
Ny fampivoarana fitaovana manahaka sela malefaka mba hahazoana endrika ara-drafitra ivelany sy anatiny sarotra dia nahasarika ny sain'ny maro satria ny tsy fitoviana mekanika ananany dia mety hitarika amin'ny tsy fahombiazana amin'ny fampiharana kendrena6,7. Ny famolavolana ny biomekanika sarotra amin'ny sela ao amin'ny havokavoka, izay mampifangaro ny halemem-panahy tafahoatra, ny elastika ary ny porosity ara-drafitra, dia mametraka fanamby lehibe amin'ny famolavolana modely izay mamerina araka ny tokony ho izy ny havokavoka olombelona. Ny fampidirana sy ny fampifanarahana ny toetra mekanika sy radiolojika dia tena ilaina amin'ny fahombiazan'ny modely havokavoka amin'ny fitsaboana. Ny famokarana fanampiny dia voaporofo fa mahomby amin'ny famolavolana modely manokana ho an'ny marary, izay ahafahana manao prototyping haingana amin'ny endrika sarotra. Shin et al. 8 dia namorona modely havokavoka azo averina sy azo ovaina miaraka amin'ny lalan-drivotra vita pirinty 3D. Haselaar et al. 9 dia namorona phantom mitovy amin'ny marary tena izy ho an'ny fanombanana ny kalitaon'ny sary sy ny fomba fanamarinana ny toerana ho an'ny radiotherapy. Hong et al10 dia namorona modely CT tratra mampiasa fanontana 3D sy teknolojia silikônina mba hamerenana ny hamafin'ny CT amin'ny lesoka isan-karazany amin'ny havokavoka mba hanombanana ny fahamarinan'ny fandrefesana. Na izany aza, ireo prototype ireo dia matetika vita amin'ny fitaovana izay tena hafa noho ny an'ny sela ao amin'ny havokavoka11.
Amin'izao fotoana izao, ny ankamaroan'ny "phantoms" amin'ny havokavoka dia vita amin'ny "silicone" na "polyurethane foam", izay tsy mifanaraka amin'ny toetra mekanika sy radiolojikan'ny "parenchyma" tena izy amin'ny havokavoka.12,13 Mifanaraka amin'ny zavamananaina ny "alginate hydrogels" ary efa nampiasaina betsaka tamin'ny injenieran'ny sela noho ny toetrany mekanika azo ovaina.14 Na izany aza, ny famerenana ny endrika malefaka sy toy ny "foam" ilaina amin'ny "phantom" amin'ny havokavoka izay manahaka tsara ny fihenjanan'ny sela sy ny firafitry ny famenoana ny sela ao amin'ny havokavoka dia mbola fanamby andrana.
Ato amin'ity fandalinana ity, dia noheverina fa fitaovana elastika homogeneous ny sela ao amin'ny havokavoka. Voalaza fa 1.06 g/cm3 ny hakitroky ny sela ao amin'ny havokavoka (\(\:\rho\:\)), ary 0.26 g/cm315 ny hakitroky ny havokavoka mibontsina. Maro ny sandan'ny modulus Young (MY) amin'ny sela ao amin'ny havokavoka azo tamin'ny alalan'ny fomba fanandramana samihafa. Lai-Fook et al. 16 dia nandrefy ny YM ao amin'ny havokavoka tamin'ny fibontsina mitovy ho 0.42–6.72 kPa. Goss et al. 17 dia nampiasa elastography magnetic resonance ary nitatitra YM 2.17 kPa. Liu et al. 18 dia nitatitra YM voarefy mivantana 0.03–57.2 kPa. Ilegbusi et al. 19 dia nanombana ny YM ho 0.1–2.7 kPa mifototra amin'ny angon-drakitra 4D CT azo avy amin'ny marary voafantina.
Ho an'ny toetra radiolojikan'ny havokavoka, dia misy masontsivana maromaro ampiasaina hilazana ny fifandraisan'ny sela ao amin'ny havokavoka amin'ny taratra X, anisan'izany ny firafitry ny singa, ny hakitroky ny elektrôna (\(\:{\rho\:}_{e}\)), ny laharan'ny atomika mahomby (\(\:{Z}_{eff}\)), ny angovo fanentanana antonony (\(\:I\)), ny coefficient fihenan'ny lanja (\(\:\mu\:/\rho\:\)) ary ny singa Hounsfield (HU), izay mifandray mivantana amin'ny \(\:\mu\:/\rho\:\).
Ny hakitroky ny elektrôna \(\:{\rho\:}_{e}\) dia faritana ho isan'ny elektrôna isaky ny volume ary kajy toy izao manaraka izao:
izay ny \(\:\rho\:\) dia ny hakitroky ny akora amin'ny g/cm3, ny \(\:{N}_{A}\) dia ny tsy miovaova Avogadro, ny \(\:{w}_{i}\) dia ny ampahany betsaka amin'ny zavatra, ny \(\:{Z}_{i}\) dia ny laharan'ny atomika, ary ny \(\:{A}_{i}\) dia ny lanjan'ny atomika amin'ny singa faha-i.
Mifandray mivantana amin'ny toetran'ny fifandraisan'ny taratra ao anatin'ilay akora ny laharan'ny atomika. Ho an'ny fitambarana sy fangaro misy singa maromaro (ohatra, lamba), dia tsy maintsy kajy ny laharan'ny atomika mahomby \(\:{Z}_{eff}\). Ny raikipohy dia naroson'i Murthy et al. 20:
Ny angovo fanentanana antonony \(\:I\) dia mamaritra ny fomba mora idiran'ny zavatra kendrena ny angovo kinetika avy amin'ireo poti-javatra miditra. Mamariparitra ny toetran'ny zavatra kendrena fotsiny izy io ary tsy misy ifandraisany amin'ny toetran'ireo poti-javatra. Azo kajy amin'ny fampiharana ny fitsipiky ny additivity an'i Bragg ny \(\:I\):
Ny coefficient de l'attenuation de mass \(\:\mu\:/\rho\:\) dia mamaritra ny fidiran'ny photons sy ny famoahana angovo ao amin'ny fitaovana kendrena. Azo kajy amin'ny fampiasana ity raikipohy manaraka ity izany:
Izay ny hatevin'ny akora dia ny \(\:x\), ny \(\:{I}_{0}\) ny hamafin'ny hazavana miditra, ary ny \(\:I\) ny hamafin'ny fotona aorian'ny fidirany ao anatin'ilay akora. Azo alaina mivantana avy amin'ny NIST 12621 Standards Reference Database ny angon-drakitra \(\:\mu\:/\rho\:\). Azo alaina amin'ny alalan'ny fitsipika additivity toy izao manaraka izao ny sandan'ny \(\:\mu\:/\rho\:\) ho an'ny fangaro sy ny fitambarana:
Ny HU dia singa fandrefesana tsy misy refy voafehy ho an'ny radiodensity amin'ny fandikana ny angon-drakitra momba ny tomografia informatika (CT), izay ovaina amin'ny fomba lineary avy amin'ny coefficient attenuation voarefy \(\:\mu\:\). Voafaritra toy izao izy io:
izay \(\:{\mu\:}_{rano}\) no coefficient fihenan'ny rano, ary \(\:{\mu\:}_{rivotra}\) no coefficient fihenan'ny rivotra. Noho izany, avy amin'ny raikipohy (6) dia hitantsika fa ny sandan'ny HU an'ny rano dia 0, ary ny sandan'ny HU an'ny rivotra dia -1000. Ny sandan'ny HU ho an'ny havokavoka olombelona dia manomboka amin'ny -600 ka hatramin'ny -70022.
Fitaovana mitovy amin'ny sela maromaro no novolavolaina. Griffith et al. 23 dia namorona modely mitovy amin'ny sela amin'ny vatan'olombelona vita amin'ny polyurethane (PU) izay nampiana calcium carbonate (CaCO3) isan-karazany mba hanahafana ny coefficients attenuation linear amin'ny taova isan-karazany ao anatin'izany ny havokavoka olombelona, ​​ary ny modely dia nomena anarana hoe Griffith. Taylor24 dia nanolotra modely mitovy amin'ny sela havokavoka faharoa novolavolain'ny Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), antsoina hoe LLLL1. Traub et al.25 dia namorona solon-sela vaovao amin'ny sela havokavoka mampiasa Foamex XRS-272 misy 5.25% CaCO3 ho toy ny mpanatsara ny fahombiazana, izay nomena anarana hoe ALT2. Ny Tabilao 1 sy 2 dia mampiseho fampitahana ny \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) ary ny coefficients attenuation mass ho an'ny havokavoka olombelona (ICRU-44) sy ireo modely mitovy amin'ny sela etsy ambony.
Na dia eo aza ny toetra radiolojika tsara dia tsara azo, dia saika vita amin'ny polystyrene foam avokoa ny fitaovana matoatoa rehetra, izay midika fa tsy afaka manakaiky ny toetra mekanikan'ny havokavoka olombelona ny toetra mekanikan'ireo fitaovana ireo. Ny Young's modulus (YM) an'ny polyurethane foam dia eo amin'ny 500 kPa eo ho eo, izay lavitra ny idealy raha oharina amin'ny havokavoka olombelona mahazatra (eo amin'ny 5-10 kPa eo ho eo). Noho izany, ilaina ny mamolavola fitaovana vaovao izay afaka mahafeno ny toetra mekanika sy radiolojikan'ny havokavoka tena izy.
Ampiasaina betsaka amin'ny injenieran'ny sela ny hydrogels. Mitovy amin'ny matrice extracellular (ECM) ny firafiny sy ny toetrany ary mora amboarina. Ato amin'ity fandalinana ity, ny sodium alginate madio no nofidina ho fitaovana biomaterial amin'ny fanomanana ny foam. Mifanaraka amin'ny zavamananaina ny hydrogels alginate ary ampiasaina betsaka amin'ny injenieran'ny sela noho ny toetrany mekanika azo amboarina. Ny firafitry ny sodium alginate (C6H7NaO6)n sy ny fisian'ny Ca2+ dia ahafahana manitsy ny toetrany radiolojika araka izay ilaina. Io fitambaran'ny toetra mekanika sy radiolojika azo amboarina io dia mahatonga ny hydrogels alginate ho tsara indrindra amin'ny fandalinanay. Mazava ho azy fa manana fetrany ihany koa ny hydrogels alginate, indrindra raha ny amin'ny fahamarinan-toerana maharitra mandritra ny tsingerin'ny taovam-pisefoana nohadihadiana. Noho izany, ilaina ny fanatsarana bebe kokoa ary antenaina amin'ny fandalinana ho avy mba handaminana ireo fetrany ireo.
Ato amin'ity asa ity, dia namorona fitaovana "alginate hydrogel foam" izahay izay azo fehezina ny sandan'ny rho, ny elasticity, ary ny toetra radiolojika mitovy amin'ny an'ny sela ao amin'ny havokavoka. Ity fandalinana ity dia hanome vahaolana ankapobeny amin'ny fanamboarana "phantoms" mitovy amin'ny sela miaraka amin'ny toetra elastika sy radiolojika azo ovaina. Azo amboarina mora foana amin'ny sela sy taova rehetra ny toetran'ny fitaovana.
Ny tahan'ny rivotra kendrena amin'ny habetsahan'ny hydrogel foam dia nokajiana mifototra amin'ny elanelan'ny HU an'ny havokavoka (-600 hatramin'ny -700). Noheverina fa fifangaroan'ny rivotra sy hydrogel alginate sentetika tsotra ny foam. Amin'ny fampiasana fitsipika fanampiana tsotra amin'ny singa tsirairay \(\:\mu\:/\rho\:\), dia azo kajy ny ampahany amin'ny habetsahan'ny rivotra sy ny tahan'ny habetsahan'ny alginate hydrogel sentetika.
Nomanina tamin'ny fampiasana sodium alginate (Laharana W201502), CaCO3 (Laharana 795445, MW: 100.09), ary GDL (Laharana G4750, MW: 178.14) novidina tao amin'ny Sigma-Aldrich Company, St. Louis, MO ny foam hydrogel alginate. 70% Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES 70) novidina tao amin'ny Renowned Trading LLC. Nampiasaina tamin'ny fanomanana ny foam ny rano deionized. Levona tao anaty rano deionized tamin'ny mari-pana ao an-trano ny sodium alginate sady afangaro tsy tapaka (600 rpm) mandra-pahazoana vahaolana mavo mangarahara homogeneous. Ny CaCO3 miaraka amin'ny GDL dia nampiasaina ho loharanon'ny Ca2+ hanombohana ny gelation. Ny SLES 70 dia nampiasaina ho surfactant mba hamoronana rafitra porous ao anatin'ny hydrogel. Nohazonina tamin'ny 5% ny fifantohana alginate ary nohazonina tamin'ny 0.18 ny tahan'ny molar Ca2+:-COOH. Notazonina ho 0.5 ihany koa ny tahan'ny molar CaCO3:GDL nandritra ny fanomanana ny foam mba hihazonana ny pH tsy miandany. 26 ny sandany. Nampiana 2% amin'ny volume an'ny SLES 70 ny santionany rehetra. Nampiasaina ny vera misy sarony mba hifehezana ny tahan'ny fifangaroan'ny vahaolana sy ny rivotra. 140 ml ny totalin'ny volume an'ny vera. Mifototra amin'ny valin'ny kajy teorika, dia nampiana tao anaty vera ny volume samihafa amin'ny fangaro (50 ml, 100 ml, 110 ml) mba hifangaro amin'ny rivotra. Ny santionany misy fangaro 50 ml dia natao hifangaro amin'ny rivotra ampy, raha fehezina kosa ny tahan'ny volume an'ny rivotra amin'ireo santionany roa hafa. Voalohany, nampiana tao amin'ny vahaolana alginate ny SLES 70 ary nokapohina tamin'ny stirer elektrika mandra-pifangaro tanteraka. Avy eo, nampiana tao amin'ny fangaro ny CaCO3 suspension ary nokapohina tsy an-kijanona mandra-pifangaro tanteraka ny fangaro, rehefa niova ho fotsy ny lokony. Farany, nampiana tao amin'ny fangaro ny vahaolana GDL mba hanombohana ny gelatination, ary nohazonina ny fikororohana mekanika nandritra ny dingana. Ho an'ny santionany misy fangaro 50 ml, dia najanona ny fikororohana mekanika rehefa nijanona tsy niova ny habetsahan'ny fangaro. Ho an'ny santionany misy fangaro 100 ml sy 110 ml, dia najanona ny fikororohana mekanika rehefa nameno ny vera ny fangaro. Niezaka nanomana "hydrogel foam" misy habetsahana eo anelanelan'ny 50 ml sy 100 ml ihany koa izahay. Na izany aza, hita fa tsy marin-toerana ny firafitry ny "foam", satria miovaova eo anelanelan'ny fifangaroan'ny rivotra tanteraka sy ny fifehezana ny habetsaky ny rivotra, ka nahatonga ny fifehezana ny habetsahana tsy mitovy. Io tsy marin-toerana io dia nampiditra tsy fahazoana antoka tamin'ny kajy, ary noho izany dia tsy tafiditra tao amin'ity fandalinana ity io elanelan'ny habetsahana io.
Ny hakitroky ny "hydrogel foam" dia kajiana amin'ny fandrefesana ny lanjan'ny "hydrogel foam" sy ny habeny.
Nalaina tamin'ny alalan'ny fakantsary Zeiss Axio Observer A1 ny sary mikroskopika optika an'ny hydrogel foam. Nampiasaina hikajiana ny isan'ny sy ny haben'ny fizarazarana mason-koditra ao anaty santionany amin'ny faritra iray ny rindrambaiko ImageJ mifototra amin'ny sary azo. Heverina ho boribory ny endriky ny mason-koditra.
Mba handinihana ny toetra mekanikan'ny foam hydrogel alginate, dia natao ny fitsapana famatrarana uniaxial tamin'ny fampiasana milina TESTRESOURCES andiany 100. Notapatapahina ho sakana mahitsizoro ireo santionany ary norefesina ny refin'ny sakana mba hikajiana ny fihenjanana sy ny fihenjanana. Napetraka tamin'ny 10 mm/min ny hafainganam-pandehan'ny crosshead. Notsapaina tamin'ny santionany telo isaky ny santionany ary nokajiana avy amin'ny valiny ny salan'isa sy ny fivilian-dàlana mahazatra. Nifantoka tamin'ny toetra mekanika famatrarana ny foam hydrogel alginate ity fandalinana ity satria iharan'ny hery famatrarana ny sela ao amin'ny havokavoka amin'ny dingana iray amin'ny tsingerin'ny taovam-pisefoana. Mazava ho azy fa zava-dehibe ny fanitarana azy, indrindra mba hanehoana ny fihetsika feno dinamikan'ny sela ao amin'ny havokavoka ary hodinihina amin'ny fandalinana ho avy izany.
Nojerena tamin'ny alalan'ny scanner CT roa-channel Siemens SOMATOM Drive ireo santionan'ny hydrogel foam voaomana. Napetraka toy izao manaraka izao ny masontsivana momba ny fitiliana: 40 mAs, 120 kVp ary hatevin'ny silaka 1 mm. Nohadihadiana tamin'ny alalan'ny rindrambaiko MicroDicom DICOM Viewer ireo rakitra DICOM vokarina mba handinihana ny sandan'ny HU amin'ny fizarana 5 amin'ny santionany tsirairay. Noharina tamin'ny kajy teorika mifototra amin'ny angon-drakitra momba ny hakitroky ny santionany ny sandan'ny HU azo tamin'ny CT.
Ny tanjon'ity fanadihadiana ity dia ny hanova tanteraka ny fanamboarana ireo maodely taova tsirairay sy ireo sela biolojika artifisialy amin'ny alàlan'ny fanamboarana fitaovana malefaka. Ny fampivoarana fitaovana manana toetra mekanika sy radiolojika mifanaraka amin'ny mekanika fiasan'ny havokavoka dia zava-dehibe amin'ny fampiharana voafaritra tsara toy ny fanatsarana ny fiofanana ara-pitsaboana, ny fandrindrana ny fandidiana, ary ny fandrindrana ny fitsaboana amin'ny taratra. Ao amin'ny Sary 1A, dia asehonay ny tsy fitoviana misy eo amin'ny toetra mekanika sy radiolojikan'ireo fitaovana malefaka izay heverina fa ampiasaina hanamboarana modely havokavoka. Hatramin'izao, dia efa nisy fitaovana novolavolaina izay mampiseho ny toetra radiolojika irina, saingy tsy mahafeno ny fepetra takiana ny toetra mekanikany. Ny foam polyurethane sy ny fingotra no fitaovana ampiasaina betsaka indrindra amin'ny fanamboarana modely havokavoka olombelona azo ovaina endrika. Ny toetra mekanika amin'ny foam polyurethane (Young's modulus, YM) dia matetika 10 ka hatramin'ny 100 heny noho ny an'ny sela havokavoka mahazatra. Mbola tsy fantatra ireo fitaovana izay mampiseho ny toetra mekanika sy radiolojika irina.
(A) Fanehoana kisendrasendra ny toetran'ny akora malefaka isan-karazany sy fampitahana amin'ny havokavoka olombelona raha ny hakitroky, ny modulus Young ary ny toetra radiolojika (ao amin'ny HU). (B) Endrika diffraction X-ray an'ny hydrogel alginate \(\:\mu\:/\rho\:\) miaraka amin'ny fifantohana 5% ary tahan'ny molar Ca2+:-COOH 0.18. (C) Elanelana tahan'ny volume rivotra ao amin'ny hydrogel foam. (D) Fanehoana kisendrasendra ny hydrogel alginate foam miaraka amin'ny tahan'ny volume rivotra samihafa.
Nokajiana ny firafitry ny singa ao amin'ny hydrogel alginate miaraka amin'ny fifantohana 5% sy tahan'ny molar Ca2+:-COOH 0.18, ary aseho ao amin'ny Tabilao 3 ny valiny. Araka ny fitsipika fanampiny ao amin'ny raikipohy teo aloha (5), ny coefficient fihenan'ny lanjan'ny hydrogel alginate \(\:\:\mu\:/\rho\:\) dia azo araka ny aseho amin'ny Sary 1B.
Ny sandan'ny rivotra sy ny rano dia azo mivantana avy amin'ny tahiry referansa fenitra NIST 12612. Araka izany, ny Sary 1C dia mampiseho ny tahan'ny habetsaky ny rivotra voakajy ao amin'ny hydrogel foam miaraka amin'ny sanda mitovy amin'ny HU eo anelanelan'ny -600 sy -700 ho an'ny havokavoka olombelona. Ny tahan'ny habetsaky ny rivotra voakajy ara-teorika dia marin-toerana ao anatin'ny 60–70% ao anatin'ny elanelan'ny angovo manomboka amin'ny 1 × 10−3 ka hatramin'ny 2 × 101 MeV, izay manondro ny mety ho fampiasana hydrogel foam amin'ny dingana famokarana manaraka.
Ny Sary 1D dia mampiseho ny santionan'ny foam hydrogel alginate voaomana. Notapatapahina ho goba avokoa ny santionany rehetra, 12.7 mm ny halavan'ny sisiny. Ny valiny dia naneho fa niforona ny foam hydrogel homogeneous sy marin-toerana telo refy. Na inona na inona tahan'ny habetsaky ny rivotra, dia tsy nisy fahasamihafana lehibe teo amin'ny endriky ny foam hydrogel. Ny toetran'ny foam hydrogel izay maharitra irery dia manondro fa ny tambajotra miforona ao anatin'ny hydrogel dia matanjaka ampy hanohanana ny lanjan'ny foam mihitsy. Ankoatra ny fivoahan'ny rano kely avy amin'ny foam, ny foam koa dia naneho fahamarinan-toerana vetivety nandritra ny herinandro maromaro.
Tamin'ny fandrefesana ny lanja sy ny haben'ny santionan'ny foam, dia nokajiana ny hakitroky ny foam hydrogel voaomana \(\:\rho\:\), ary aseho ao amin'ny Tabilao 4 ny valiny. Ny valiny dia mampiseho ny fiankinan'ny \(\:\rho\:\) amin'ny tahan'ny haben'ny rivotra. Rehefa afangaro amin'ny 50 ml amin'ny santionany ny rivotra ampy, dia lasa ambany indrindra ny hakitroky ary 0.482 g/cm3. Rehefa mihena ny habetsahan'ny rivotra mifangaro, dia mitombo ho 0.685 g/cm3 ny hakitroky. Ny sandan'ny p ambony indrindra eo amin'ny vondrona 50 ml, 100 ml ary 110 ml dia 0.004 < 0.05, izay manondro ny lanjan'ny valiny ara-statistika.
Ny sandan'ny \(\:\rho\:\) ara-teorika dia kajiana ihany koa amin'ny fampiasana ny tahan'ny habetsaky ny rivotra voafehy. Ny valiny voarefy dia mampiseho fa ny \(\:\rho\:\) dia 0.1 g/cm³ kely kokoa noho ny sanda ara-teorika. Io fahasamihafana io dia azo hazavaina amin'ny alàlan'ny fihenjanana anatiny ateraky ny hydrogel mandritra ny fizotran'ny gelation, izay miteraka fivontosana ary noho izany dia mitarika amin'ny fihenan'ny \(\:\rho\:\). Izany dia nohamafisina bebe kokoa tamin'ny fahitana banga sasany ao anatin'ny hydrogel foam amin'ny sary CT aseho amin'ny Sary 2 (A, B ary C).
Sary mikroskopia optika amin'ny foam hydrogel misy votoatin'ny rivotra samihafa (A) 50, (B) 100, ary (C) 110. Isan'ny sela sy fizarana haben'ny mason-koditra ao amin'ny santionan'ny foam hydrogel alginate (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Ny Sary 3 (A, B, C) dia mampiseho ny sarin'ny mikroskopia optika amin'ny santionan'ny hydrogel foam miaraka amin'ny tahan'ny volume rivotra samihafa. Ny valiny dia mampiseho ny rafitra optika amin'ny hydrogel foam, izay mampiseho mazava tsara ny sarin'ny mason-koditra misy savaivony samihafa. Ny fizarana ny isan'ny mason-koditra sy ny savaivony dia nokajiana tamin'ny fampiasana ImageJ. Sary enina no nalaina isaky ny santionany, ny sary tsirairay dia manana habe 1125.27 μm × 843.96 μm, ary ny velaran-tany nodinihina ho an'ny santionany tsirairay dia 5.7 mm².
(A) Fihetsika eo amin'ny fihenjanana sy ny fihenjanana amin'ny foam hydrogel alginate miaraka amin'ny tahan'ny habetsaky ny rivotra samihafa. (B) Fifanarahana exponential. (C) Famatrarana E0 amin'ny foam hydrogel miaraka amin'ny tahan'ny habetsaky ny rivotra samihafa. (D) Fihenjanana sy fihenjanana farany amin'ny foam hydrogel alginate miaraka amin'ny tahan'ny habetsaky ny rivotra samihafa.
Ny Sary 3 (D, E, F) dia mampiseho fa mitovy ny fizarazarana ny haben'ny mason-koditra, manomboka amin'ny am-polony mikrômetatra ka hatramin'ny 500 mikrômetatra eo ho eo. Mitovy ny haben'ny mason-koditra, ary mihena kely izany rehefa mihena ny habetsaky ny rivotra. Araka ny angon-drakitra fitsapana, ny haben'ny mason-koditra antonony amin'ny santionany 50 ml dia 192.16 μm, ny salan'isa dia 184.51 μm, ary ny isan'ny mason-koditra isaky ny velaran-tany dia 103; ny haben'ny mason-koditra antonony amin'ny santionany 100 ml dia 156.62 μm, ny salan'isa dia 151.07 μm, ary ny isan'ny mason-koditra isaky ny velaran-tany dia 109; ny sanda mifanaraka amin'ny santionany 110 ml dia 163.07 μm, 150.29 μm ary 115 tsirairay avy. Ny angon-drakitra dia mampiseho fa ny mason-koditra lehibe kokoa dia misy fiantraikany lehibe kokoa amin'ny valin'ny statistika amin'ny haben'ny mason-koditra antonony, ary ny haben'ny mason-koditra antonony dia afaka maneho tsara kokoa ny fironana fiovan'ny haben'ny mason-koditra. Rehefa mitombo avy amin'ny 50 ml ka hatramin'ny 110 ml ny haben'ny santionany, dia mitombo ihany koa ny isan'ny mason-koditra. Raha ampiarahina ny valin'ny statistika momba ny savaivony antonony sy ny isan'ny mason-koditra, dia azo tsoahina fa rehefa mitombo ny habeny, dia mitombo ny mason-koditra kely kokoa miforona ao anatin'ny santionany.
Aseho ao amin'ny Sary 4A sy 4D ny angon-drakitra momba ny fitsapana mekanika. Ny Sary 4A dia mampiseho ny fihetsiky ny fihenjanana sy ny fihenjanana amin'ny foam hydrogel voaomana miaraka amin'ny tahan'ny volume rivotra samihafa. Ny valiny dia mampiseho fa ny santionany rehetra dia manana fihetsika tsy lineary amin'ny fihenjanana sy ny fihenjanana mitovy. Ho an'ny santionany tsirairay, mitombo haingana kokoa ny fihenjanana miaraka amin'ny fitomboan'ny fihenjanana. Nisy fiolahana exponential nampifanarahana tamin'ny fihetsiky ny fihenjanana sy ny fihenjanana amin'ny foam hydrogel. Ny Sary 4B dia mampiseho ny valiny rehefa avy nampihatra ny fiasa exponential ho modely manakaiky amin'ny foam hydrogel.
Ho an'ny hydrogel foams misy tahan'ny volume rivotra samihafa, dia nodinihina ihany koa ny modulus compressive (E0). Mitovy amin'ny famakafakana ny hydrogels, ny modulus compressive Young dia nodinihina tao anatin'ny elanelana 20% voalohany. Ny valin'ny fitsapana compression dia aseho amin'ny Sary 4C. Ny valiny ao amin'ny Sary 4C dia mampiseho fa rehefa mihena ny tahan'ny volume rivotra avy amin'ny santionany 50 mankany amin'ny santionany 110, dia mitombo avy amin'ny 10.86 kPa ka hatramin'ny 18 kPa ny modulus compressive Young an'ny alginate hydrogel foam.
Toy izany koa, azo ny fiolahana feno eo amin'ny fihenjanana sy ny fihenjanana amin'ny foam hydrogel, ary koa ny sandan'ny fihenjanana sy ny fihenjanana farany. Ny Sary 4D dia mampiseho ny fihenjanana sy ny fihenjanana farany amin'ny foam hydrogel alginate. Ny teboka tsirairay dia salan'isa amin'ny valin'ny fitsapana telo. Ny valiny dia mampiseho fa ny fihenjanana farany dia mitombo avy amin'ny 9.84 kPa ka hatramin'ny 17.58 kPa miaraka amin'ny fihenan'ny votoatin'ny entona. Ny fihenjanana farany dia mijanona ho marin-toerana eo amin'ny 38% eo ho eo.
Ny Sary 2 (A, B, ary C) dia mampiseho ny sary CT an'ny hydrogel foams miaraka amin'ny tahan'ny volume rivotra samihafa mifanaraka amin'ny santionany 50, 100, ary 110. Ny sary dia mampiseho fa saika mitovy ny hydrogel foam niforona. Nisy banga kely hita tamin'ny santionany 100 sy 110. Ny fiforonan'ireo banga ireo dia mety ho vokatry ny fihenjanana anatiny ateraky ny hydrogel nandritra ny fizotran'ny gelatination. Nokajinay ny sandan'ny HU ho an'ny fizarana 5 amin'ny santionany tsirairay ary notanisainay tao amin'ny Tabilao 5 miaraka amin'ny valin'ny kajy teorika mifandraika amin'izany.
Asehon'ny Tabilao 5 fa ireo santionany manana tahan'ny habetsaky ny rivotra samihafa dia nahazo sanda HU samihafa. Ny sanda p ambony indrindra teo amin'ny vondrona 50 ml, 100 ml ary 110 ml dia 0.004 < 0.05, izay manondro ny lanjan'ny valiny ara-statistika. Tamin'ireo santionany telo nosedraina, ny santionany misy fangaro 50 ml dia nanana ny toetra radiolojika akaiky indrindra ny an'ny havokavoka olombelona. Ny tsanganana farany amin'ny Tabilao 5 dia ny vokatra azo tamin'ny kajy teorika mifototra amin'ny sandan'ny foam voarefy \(\:\rho\:\). Amin'ny fampitahana ny angon-drakitra voarefy amin'ny vokatra teorika, dia hita fa ny sandan'ny HU azo tamin'ny scan CT dia mazàna akaikin'ny vokatra teorika, izay manamafy ny valin'ny kajy tahan'ny habetsaky ny rivotra ao amin'ny Sary 1C.
Ny tanjona lehibe amin'ity fandalinana ity dia ny hamorona fitaovana manana toetra mekanika sy radiolojika azo ampitahaina amin'ny an'ny havokavoka olombelona. Tratra io tanjona io tamin'ny alàlan'ny famolavolana fitaovana mifototra amin'ny hydrogel miaraka amin'ny toetra mekanika sy radiolojika mitovy amin'ny sela izay akaiky araka izay azo atao ny an'ny havokavoka olombelona. Notarihin'ny kajikajy teorika, ny foam hydrogel misy tahan'ny volume rivotra samihafa dia nomanina tamin'ny alàlan'ny fampifangaroana mekanika ny vahaolana sodium alginate, CaCO3, GDL ary SLES 70. Ny fanadihadiana ara-morfolojika dia naneho fa nisy foam hydrogel telo refy sy marin-toerana homogeneous niforona. Amin'ny alàlan'ny fanovana ny tahan'ny volume rivotra, ny hakitroky sy ny porosity an'ny foam dia azo ovaina araka izay tiana. Miaraka amin'ny fitomboan'ny votoatin'ny volume rivotra, mihena kely ny haben'ny mason-koditra ary mitombo ny isan'ny mason-koditra. Natao ny fitsapana famoretana mba handinihana ny toetra mekanika an'ny foam hydrogel alginate. Ny valiny dia naneho fa ny modulus famoretana (E0) azo avy amin'ny fitsapana famoretana dia ao anatin'ny elanelana tsara indrindra ho an'ny havokavoka olombelona. Mitombo ny E0 rehefa mihena ny tahan'ny volume rivotra. Ny sandan'ny toetra radiolojika (HU) an'ireo santionany voaomana dia azo avy amin'ny angon-drakitra CT an'ireo santionany ary nampitahaina tamin'ny vokatry ny kajy teorika. Tsara ny vokatra. Akaiky ny sandan'ny HU an'ny havokavoka olombelona ihany koa ny sanda voarefy. Ny vokatra dia mampiseho fa azo atao ny mamorona "hydrogel foam" maka tahaka ny sela miaraka amin'ny fitambarana tsara indrindra amin'ny toetra mekanika sy radiolojika izay maka tahaka ny toetran'ny havokavoka olombelona.
Na dia eo aza ny vokatra mampanantena, dia mila hatsaraina ny fomba fanamboarana ankehitriny mba hifehezana tsara kokoa ny tahan'ny habetsaky ny rivotra sy ny porosity mba hifanaraka amin'ny vinavina avy amin'ny kajy teorika sy ny havokavoka tena izy amin'ny ambaratonga manerantany sy eo an-toerana. Ny fanadihadiana ankehitriny dia voafetra amin'ny fitsapana ny mekanika famatrarana ihany koa, izay mametra ny mety ho fampiharana ny phantom amin'ny dingana famatrarana amin'ny tsingerin'ny taovam-pisefoana. Ny fikarohana amin'ny ho avy dia handray soa avy amin'ny fanadihadiana ny fitsapana tensile ary koa ny fahamarinan-toerana mekanika amin'ny ankapobeny amin'ny fitaovana mba hanombanana ny fampiharana mety hitranga amin'ny fepetra enta-mavesatra mavitrika. Na eo aza ireo fetrany ireo, ity fanadihadiana ity no andrana voalohany nahomby hampifangaroana ny toetra radiolojika sy mekanika ao anaty fitaovana tokana izay manahaka ny havokavoka olombelona.
Azo alaina avy amin'ny mpanoratra mifandraika amin'izany raha ilaina araka ny antonony ny angon-drakitra novokarina sy/na nohadihadiana nandritra ny fanadihadiana ankehitriny. Azo averina averina na ny fanandramana na ny angon-drakitra.
Song, G., et al. Teknolojia nano vaovao sy fitaovana mandroso ho an'ny fitsaboana amin'ny taratra homamiadana. Adv. Mater. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Kill, PJ, et al. Tatitra avy amin'ny AAPM 76a Task Force momba ny fitantanana ny fihetsehan'ny taovam-pisefoana amin'ny onkolojia taratra. Med. Phys. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., ary Brock, KK Mamolavola ny fifandraisana sy ny tsy fitoviana ara-nofo ao amin'ny havokavoka. Fizika sy Fitsaboana ary Biolojia 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., et al. Modely homamiadan'ny havokavoka mitovy amin'ny fivontosana novokarin'ny bioprinting 3D. 3. Bioteknolojia. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Lee, M., et al. Famolavolana modely momba ny fiovaovan'ny endriky ny havokavoka: fomba iray mampifangaro ny teknika fisoratana anarana sary azo ovaina endrika sy ny fanombanana ny modulus an'i Young miovaova ara-toerana. Med. Phys. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Guimarães, CF et al. Ny hamafin'ny sela velona sy ny fiantraikany amin'ny injenieran'ny sela. Nature Reviews Materials and Environment 5, 351–370 (2020).