Atomistico Meccanismi Che Regolano Il Limite Elastico E Plasticità Incipiente in Cristalli

Nature. Jul, 2002  |  Pubmed ID: 12124619

Simulazioni ed esperimenti contatti nanoingegneria dimostrano il potenziale di plasticità incipiente - l'insorgenza di deformazioni permanenti - in cristalli della sonda. Tali studi indicano anche la necessità di una comprensione dei meccanismi che regolano la nucleazione di difetto in una vasta gamma di settori e applicazioni. Qui vi presentiamo un quadro fondamentale per la descrizione di plasticità incipiente che combina i risultati della modellazione atomistico e degli elementi finiti, concetti teorici di stabilità strutturale al ceppo finito e analisi sperimentale. Noi quantificare due caratteristiche chiave della nucleazione e successiva evoluzione dei difetti. Un criterio sensibili alla posizione basato sulla stabilità elastica determina la posizione e il carattere di difetti in modo omogeneo nucleati. Noi convalidare questo criterio di stabilità presso l'atomistico e i livelli di continuità. Proponiamo quindi un'interpretazione dettagliata della sequenza osservata sperimentalmente di cilindrata scoppia a chiarire il ruolo delle fonti secondarie difetto operanti localmente a livelli di stress notevolmente minori la forza ideale richiesta per nucleazione omogenea. Questi risultati forniscono una spiegazione autoconsistente di risposta plastica elastica discontinuo nelle misurazioni nanoindentazione e una guida agli studi fondamentali in molte discipline che cercano di quantificare e prevedere l'iniziazione e le fasi iniziali della plasticità.

Previsione Di Fallimento in Vivo Di Pseudoelastic NiTi Dispositivi Sotto Ciclo Basso, Fatica Ad Alta Ampiezza

Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. Jan, 2005  |  Pubmed ID: 15389502

Dovuto i grandi ceppi reversibili realizzabili attraverso la trasformazione di fase di stress-induced austenite-martensite in leghe NiTi, NiTi ha sostituito in acciaio inox nella maggior parte delle applicazioni biomediche ceppo di grandi dimensioni come ad esempio l'allargamento del canale radicolare. Tuttavia, il pseudoelasticità di NiTi è attualmente oscurato dalla vita breve fatica di fili NiTi utilizzato in questo ciclo basso (200-2000 giri/min), applicazione di elevata ampiezza (epsilon(a) > 2,5%), con conseguente frattura in vivo o prematuro ritiro di dispositivi altrimenti riutilizzabili basati su NiTi wire. In questo studio, il fallimento della pseudoelastic 55,8 wt % filo di Ni-Ti è studiato sperimentalmente, in funzione dei parametri sperimentali che includono il regime clinicamente rilevante. Gli effetti del raggio di curvatura, angolo di curvatura, diametro del filo, ceppo ampiezza, frequenza ciclica, volume sotto sforzo e il calore specifico del fluido dell'ambiente circostante sono considerati sistematicamente. Questi dati indicano che la vita o cicli al fallimento N(f) di un filo rotante NiTi possono essere previsto tramite una relazione di Coffin-Manson modificata che è una forte funzione di ampiezza di deformazione e di volume sotto sforzo e una funzione più debole di frequenza e di calore specifico del fluido. La relazione quantitativa risultante può essere utilizzata per prevedere la durata utile del dispositivo in condizioni clinicamente rilevanti e quindi ridurre incidenza di fallimento in vivo.

Tuning Conformità Di Multistrati Polielettrolita Su Scala Nanometrica Per Modulare L'adesione Delle Cellule

Biomaterials. Dec, 2005  |  Pubmed ID: 15972236

È ben noto che stimoli meccanici inducono risposte cellulari che vanno dalla riorganizzazione morfologica a secrezione di minerale, e che la stimolazione meccanica attraverso la modulazione delle proprietà meccaniche dei substrati cellulari influisce sulla funzione delle cellule in vitro e in vivo. Tuttavia, ci sono alcuni approcci che la conformità meccanica dei substrati ai quali le cellule aderiscono e crescono può essere determinata quantitativamente e vario indipendenti della composizione chimica del substrato. Metodi generali di che stato meccanico può essere quantificato e modulato a livello della popolazione delle cellule sono fondamentali per la comprensione e l'ingegneria materiali che promuovono e mantengono il fenotipo delle cellule per applicazioni quali costrutti di tessuto vascolare. Qui, noi applichiamo contatti meccanici di nanoindentazione a misurare la conformità meccanica di multistrati di polielettroliti deboli (PEM) di spessore su scala nanometrica ed esplorare gli effetti di tale conformità sintonizzabile per applicazioni di substrati cellulari. Mostriamo che i moduli elastici nominali E(s) di questi substrati dipendono direttamente il pH al quale il PEM sono assemblati e può essere variato sopra parecchi ordini di grandezza per dato polycation/polyanion coppie. Ulteriormente, ci dimostrano che l'attaccamento e la proliferazione di cellule endoteliali umane microvascolare (MVECs) può essere regolamentate attraverso cambiamenti indipendente della conformità e terminal polyion strato di questi substrati PEM. Questi dati indicano che la conformità meccanica substrato è un forte determinante del destino delle cellule, e che PEM di spessore su scala nanometrica fornire un prezioso strumento per variare l'ambiente esterno meccanico delle cellule indipendentemente dagli stimoli chimici.

Punto Difetto Concentrazioni Nelle Leghe Fe-C Metastabile

Physical Review Letters. May, 2006  |  Pubmed ID: 16712310

Punto difetto specie e concentrazioni nelle leghe Fe-C metastabile sono determinati utilizzando la teoria del funzionale della densità e una limitata energia libera funzionale. Carbonio interstitials dominano a meno che non ci sono posti vacanti di ferro in eccesso significativo, considerando che il carbonio in eccesso provoca concentrazione notevolmente migliorata vacante. Le nostre previsioni sono suscettibili di verifica sperimentale; forniscono una base per la razionalizzazione dei complessi microstrutture conosciuti in acciai da bonifica e per estensione altri materiali tecnologici creati da o sottoposti ad ambienti estremi.

Biochimica Funzionalizzazione Dei Substrati Polimerici Cella Può Alterare La Meccanica Rispetto

Biomacromolecules. Jun, 2006  |  Pubmed ID: 16768424

Biochimica funzionalizzazione delle superfici è un meccanismo sempre più utilizzato per promuovere o inibire l'adesione delle cellule. Per promuovere l'adesione delle cellule dei mammiferi, un approccio comune funzionalizzazione è superficie coniugazione di sequenze peptidiche adesione ad esempio Arg-Gly-Asp (RGD), un ligando di molecole di integrina transmembrana. Generalmente si presume che tale funzionalizzazione non altera le proprietà meccaniche locali della funzionalizzati di superficie, come è importante per interpretazioni di macromolecolare mechanotransduction nelle cellule. Qui, esaminiamo questo presupposto sistematicamente, attraverso la misura nanomeccanici del modulo elastico nominale di film multistrato polimerica di spessore su scala nanometrica, FUNZIONALIZZATO con RGD attraverso percorsi di elaborazione diversi. Troviamo che il metodo della funzionalizzazione biochimica può alterano in modo significativo rispetto meccanica dei materiali polimerici substrati quali multistrato polielettroliti deboli (PEM), sempre più utilizzati per tali studi. In particolare, immerso adsorbimento dei reagenti intermedi funzionalizzazione diminuisce notevolmente rispetto del PEM considerati nel presente documento, considerando che il polimero sul polimero timbratura di questi stessi reagenti non altera conformità del PEM debole. Questa constatazione indica il potenziale alterazione involontaria delle proprietà meccaniche tramite funzionalizzazione superficiale e suggerisce anche metodi di funzionalizzazione di cui proprietà chimiche e meccaniche di substrati cellulari può essere controllato in modo indipendente.

Effetti Della Dimensione Sulla Rigidità Di Nanocavi Di Silicio

Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany). Feb, 2006  |  Pubmed ID: 17193028

Chemiomeccanica Mappatura Della Cinetica Di Legame Ligando-recettore Sulle Cellule

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Jun, 2007  |  Pubmed ID: 17535923

La cinetica di legame tra i recettori di superficie cellulare ed extracellulare biomolecole è fondamentale per tutte le attività intracellulare e intercellulare. Modellazione e previsione delle funzioni delle cellule mediata dal recettore sono facilitate dalla misurazione delle proprietà vincolanti sulle cellule intere, idealmente che indica le posizioni subcellulari o associazioni del citoscheletro che possono influenzare la funzione dei recettori associati. Questa duplice esigenza è particolarmente acuta vis à vis ligando ingegneria clinica applicazioni e di anticorpi per neutralizzare i processi patologici. Qui, noi mappa singoli recettori e determinare cinetica di cellule intere associazione mediante forza funzionalizzata imaging, attivata tramite la scansione di sonda microscopia e spettroscopia molecolare forza di cellule intatte con sonde meccaniche biomolecola-coniugati. Noi di quantificare il numero, la distribuzione e costanti di velocità di associazione/dissociazione di vascular endothelial growth factor receptor-2 rispetto a un anticorpo monoclonale su vita e fisse umane cellule endoteliali microvascolari. Questo approccio generale alla formazione immagine diretta del recettore quantifica simultaneamente sia la cinetica di associazione e la distribuzione non uniforme di questi recettori rispetto al citoscheletro sottostante, fornendo spatiotemporal visualizzazione delle dinamiche di superficie delle cellule che regolano il comportamento del recettore-mediata.

Molti Corpi Potenziale Per Punto Difetto Di Cluster in Leghe Fe-C

Physical Review Letters. May, 2007  |  Pubmed ID: 17677783

Le conseguenze dei difetti cristallini di modellazione richiede campionamento efficiente interazione. Potenziali empirici possono individuare percorsi rilevanti se l'energetica e le configurazioni di difetti concorrenti vengono catturati. Qui, noi sviluppiamo un tale potenziale per una lega di concentrazione difetto punto arbitrario, body-centered cubic alfa-Fe sovrasatura in C. Questo potenziale successo calcola difetti energeticamente favoriti e predice formazione energie e configurazioni di cluster multicarbon-multivacancy che non erano raggiungibili con potenzialità esistenti o identificati in precedenza ab initio metodi.

Come Rigida E Sottile Può Essere Una Tabella Extracellulare in Ingegneria? Modellazione Molecolare Forze All'interfaccia Cellula-matrice

Conference Proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference. 2007  |  Pubmed ID: 18003491

La funzione delle cellule del tessuto può essere modulata in modo significativo dai cambiamenti nell'ambiente meccanico locale, tra cui la rigidità dei substrati a cui queste cellule aderiscono. Per l'ingegnere superfici che mantengono o inducono le funzioni delle cellule, è importante capire la forza, la lunghezza e la tempistica sopra che i recettori di superficie delle cellule sonda ambiente meccanico locale. Qui vi mostriamo come semplificata continuum e atomistico simulazioni delle forze su scala nanometrica tra i recettori di superficie delle cellule e matrice extracellulare molecole guida definiscono le caratteristiche critiche di materiali progettati per ripassare la cella in ambiente meccanico vivo per applicazioni di ingegneria dei tessuti.

Estendere Il Modello Di Campana: Come Altera Rigidità Trasduttore Di Forza Misurata Non Vicolante Forze E Cinetica Di Complessi Molecolari

Biophysical Journal. Apr, 2008  |  Pubmed ID: 18178658

Forzata separazione di macromolecole complementari come complessi ligando-recettore possono rivelare dettagli energici e cinetici che regolano i processi fisiologici che vanno dall'adesione cellulare al metabolismo del farmaco. Anche se esperimenti a livello molecolare hanno permesso il campionamento degli eventi dissociazione complesso ligando-recettore individuali, disparità di forza non vicolante misurato F(R) tra questi metodi portano a marcata variazione dedotto associazione energetica e cinetica all'equilibrio. Queste discrepanze sono documentate per anche la coppia onnipresente ligando-recettore, biotina-streptavidina. Abbiamo studiato queste disparità ed esaminati a livello atomico non vicolante traiettorie via simulazioni dinamiche molecolari diretti sia tramite esperimenti di spettroscopia molecolare forza su biotina-streptavidina. In aggiunta al tasso di carico ben noto dipendenza del F(R) previsti dal modello di Bell, troviamo che sperimentalmente accessibili parametri quali l'effettiva rigidità del trasduttore forza k possono perturbare significativamente il paesaggio di energia e la forza apparente non vincolante del complesso per trasduttori di forza sufficientemente rigida. Inoltre, almeno il 20% variazione in vigore non vincolante può essere attribuito al minuto differenze nelle posizioni atomiche iniziale tra complessi energicamente e strutturalmente comparabili. Per i trasduttori di forza tipici degli esperimenti di spettroscopia molecolare forza e simulazioni atomistico, questa perturbazione della barriera energetica comporta parametri energetici e cinetici estrapolati del complesso, dipendono fortemente dal k. Noi presenti un modello che include in modo esplicito l'effetto di k su forza apparente non vincolante del complesso ligando-recettore e dimostrare che questa correzione consente la previsione delle distanze non vincolante e tassi di dissociazione sono disaccoppiati dalla rigidità del linker molecolari reali o simulati.

Rigidità Meccanica Substrati Possono Regolare Adesione Dei Batteri Vitali

Biomacromolecules. Jun, 2008  |  Pubmed ID: 18452330

I concorrenti meccanismi che regolano l'adesione dei batteri alle superfici e formazione di biofilm successivi rimangono poco chiari, anche se quasi tutti gli studi si sono concentrati sul ruolo delle proprietà fisiche e chimiche della superficie del materiale. Dato il costo monetario e salute grande di colonizzazione di apparecchiatura medica e infezioni acquisite in ospedale a causa di batteri, non c'è notevole interesse nella migliore comprensione delle proprietà del materiale che può limitare la vitalità e l'adesione batterica. Qui ci avvaliamo di polielettroliti deboli (PEM) sottile film multistrato composto da poly(allylamine) cloridrato (PAH) e poly(acrylic acid) (PAA), montato sopra una gamma di condizioni, per esplorare le caratteristiche fisico-chimiche e meccaniche del materiale superfici controllando l'adesione del batterio Staphylococcus epidermidis e crescita successiva Colonia. Anche se è sempre più apprezzato che le cellule eucariotiche possiedono strutture subcellulari e biomolecolare percorsi di senso e rispondere agli ambienti locali chemiomeccanica, tanto meno è conosciuto circa mechanoselective adesione dei procarioti come questi batteri. Troviamo tale adesione di vitali correlati di S. epidermidis positivamente con la rigidità di questi substrati polimerici, indipendentemente dalla rugosità, interazione energia e densità di carica di questi materiali. Quantitativamente simili tendenze osservano per wild-type e actina analogiche mutante Escherichia coli suggeriscono che questi risultati non si limitano al solo specifici ceppi batterici, forme o tipi di busta delle cellule. Questi risultati indicano la plausibilità dei meccanismi di adesione mechanoselective nei procarioti e suggeriscono che la rigidità meccanica dei materiali substrati rappresenta un ulteriore parametro che può regolare adesione di e la successiva colonizzazione di batteri vitali.

Sondare Le Proprietà Meccaniche Dei Gel Completamente Idratati E Tessuti Biologici

Journal of Biomechanics. Nov, 2008  |  Pubmed ID: 18922534

Una sfida lunga in accurata caratterizzazione meccanica dei tessuti biologici e ingegnerizzati è manutenzione di idratazione campione stabile e di risoluzione del segnale alto strumento. Qui, descriviamo la modifica di un indentatore strumentata per ospitare nanomeccanici caratterizzazione dei tessuti biologici e sintetici in liquid media e dimostrare accurata acquisizione dei dati di forza-spostamento che possono essere utilizzati per estrarre le proprietà viscoelastoplastic di gel idratato e tessuti. Noi dimostrare la validità di questo approccio tramite analisi elasto di materiali relativamente rigide, acqua-insensibile di moduli elastici E &gt; 1000 kPa (vetro borosilicato e polipropilene) e quindi considerare il viscoelastico risposta e rappresentante proprietà meccaniche dei polimeri sintetici, compatibile con idrogel (basata su poliacrilammide idrogel di varia mol %-bis reticolante) e tessuti biologici (pelle suina e fegato) e < 500 kPa. Risposte di indentazione ottenuti tramite operazioni di carico/scarico hystereses contatto creep caricamento erano altamente ripetibile e il derivato E erano in buon accordo con i dati macroscopici disponibili per tutti i campioni. Come previsto, maggiore reticolazione chimica di poliacrilammide aumentata rigidità (E40 kPa) e diminuito rispetto allo scorrimento. E di fegato suino (760 kPa) e pelle (222 kPa) sono stati anche all'interno della gamma di misure macroscopiche segnalati per un sottoinsieme limitato di stati di malattia e di specie. Questi dati mostrano che Indentazione strumentata di campioni completamente immersi può essere applicato in modo affidabile per i materiali che abbracciano diversi ordini di grandezza in rigidità (E = kPa-GPa). Queste funzionalità sono particolarmente importanti per materiali progettazione e caratterizzazione di macromolecole, cellule, tessuti espiantati e matrici extracellulari sintetiche in funzione della posizione spaziale, grado di idratazione, o tempi di reazione idrolitica/enzimatico/corrosione.

Influenza Di Limitato Spessore E Rigidità Sulla Deformazione Indotta Di Adesione Cellulare Dei Substrati Conformi

Physical Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. Oct, 2008  |  Pubmed ID: 18999471

Sottili, meccanicamente compatibile con rivestimenti servono comunemente come substrati per le celle aderenti in studi di biologia e biofisica cellulare, applicazioni di ingegneria biologiche e dispositivo biomedical design. La deformazione del rivestimento all'interfaccia cellula-substrato definisce il collegamento tra cellulare trazione, rigidità del substrato e i meccanismi di feedback chemiomeccanica responsabili mechanosensitivity cellulare. Qui applichiamo la teoria di elasticità per indagare come questa deformazione è influenzato dallo spessore finito di un tale substrato di cella. Il modello idealizza un sito di adesione cellulare (ad esempio, un'adesione focale) come un'area circolare di trazione tangenziale uniforme e confronta la deformazione di un materiale semi-infinito conforme a quello di un rivestimento dello stesso materiale supportato da una base rigida. I due parametri sono identificati e considerati: centro di spostamento (come una misura di spostamento del sito adesione) e gradiente di deformazione normale (come una misura di distorsione sito adesione). L'attenuazione di questi parametri fornisce due misure per l'influenza di un spessore finito e la sottostante base rigida sulla deformazione cellulo-mediata del substrato compatibile. Un termine adimensionale nelle soluzioni risultante si connette lo spessore di rivestimento per la dimensione caratteristica dei siti di adesione. Questa relazione e calcoli di spessore minimo al quale la base rigida è praticamente inosservabile da una cellula aderente, sono supportati da esistente letteratura sperimentale e nostre osservazioni dell'area proiettata di fibroblasti aderiscono a rivestimenti hydrogel poliacrilammide con vari spessori in cima al bicchiere relativamente rigida. Il modello fornisce quindi uno strumento per stimare l'effettiva rigidità percepito da una cella associata ad un rivestimento conforme. Abbiamo inoltre individuare e considerare concettualizzazioni di spessore critico, o minimo spessore adatto per un'applicazione, che dipendono sia il quadro di riferimento e il comportamento delle cellule di interesse. L'uso appropriato delle diverse definizioni risolve la disparità nei valori riportati in letteratura. Infine, la distinzione tra adesione sito cilindrata e distorsione osservato in questo modello potrebbe essere utile nella progettazione di substrati per delucidare i meccanismi di controllo di mechanosensing cellulare.

Modellazione E Simulazione Di Chemomechanics All'interfaccia Cellula-matrice

Cell Adhesion & Migration. Apr-May, 2008  |  Pubmed ID: 19262102

Chemiomeccanica caratteristiche dei materiali extracellulari con cui interagiscono le cellule possono avere un profondo impatto sull'adesione cellulare e la migrazione. Per comprendere e modulare tali processi complessi multiscala, è fondamentale conoscere in dettaglio il feedback tra una cella e il microambiente adiacente. Qui, usiamo simulazione e modellazione computazionale di esaminare l'interazione cellula-matrice in entrambe le lengthscales molecolare e continuum. Utilizzo diretto dinamica molecolare, consideriamo come extracellulare rigidità matrix (ECM) e pH extracellulare influenzano l'interazione tra recettori di adesione superficiale delle cellule e matrice extracellulare leganti e prevediamo potenziali conseguenze per la formazione di adesione focale e dissoluzione. Utilizzando simulazioni agli elementi finiti livello continuum e metodi analitici a deformazione di ECM modello cellulare indotta in funzione di spessore e rigidità di ECM, consideriamo le implicazioni verso la progettazione di substrati sintetici per esperimenti di biologia cellulare che desidera disaccoppiare segnali chimici e meccanici.

Distribuzioni Evento Raro Proprietà Caratterizzante Via Replicano Simulazioni Di Dinamica Molecolare Di Proteine

Journal of Molecular Modeling. Nov, 2009  |  Pubmed ID: 19418077

Come aumentano le risorse computazionali, simulazioni di dinamica molecolare di biomolecole stanno diventando un complemento sempre più informativo a studi sperimentali. In particolare, esso ha ormai diventato fattibile utilizzare configurazioni molecolari iniziali multiple per generare un ensemble di replicare simulazioni di produzione-run che consente la più completa caratterizzazione di eventi rari come disassociare ligando-recettore. Tuttavia, esistono attualmente linee guida esplicite per la selezione di un insieme di configurazioni iniziali per simulazioni di replicare. Qui, usiamo clustering analisi e simulazioni dinamiche molecolari diretti a dimostrare che le modifiche configurazionale accessibile in simulazioni di dinamica molecolare di biomolecole non necessariamente correlare con osservate proprietà evento raro. Questo informa la selezione di un insieme rappresentativo di configurazioni iniziali. Ci avvaliamo anche di analisi statistica per identificare il numero minimo di replicare simulazioni necessarie a campione sufficientemente una distribuzione di proprietà biomolecolari dato. Insieme, questi risultati suggeriscono una procedura generale per la generazione di un ensemble di replicare simulazioni che eleveranno accurata caratterizzazione delle distribuzioni di proprietà di evento raro nelle biomolecole.

Controllo Chimiche Oscillazioni in Gel Di Belousov-Zhabotinsky Eterogenei Tramite Deformazione Meccanica

Physical Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19518319

Abbiamo effettuato studi teorici e computazionali per determinare l'effetto di una deformazione meccanica applicata al comportamento dinamico del gel polimero eterogenei, subendo la reazione di Belousov-Zhabotinsky (BZ) oscillatorio. In questi gel spazialmente eterogenei, il catalizzatore per la reazione è localizzato in zone specifiche all'interno della rete del polimero e la reazione BZ si verifica solo all'interno di queste patch contenente catalizzatore, cui ci riferiamo come patch di BZ. Abbiamo focalizzato su un modello per un sistema unidimensionale e ulteriore presupposto che la reazione BZ non intaccarono il grado di gonfiore all'interno del gel. Per i gel avendo uno e due patch BZ, abbiamo trovato che un ceppo di trazione o compressione potrebbe indurre le transizioni tra gli oscillatori e nonoscillatory, regimi di stato stazionario del sistema. Per alcuni valori del parametro stechiometrico BZ f, queste transizioni potrebbero esibire un'isteresi. Nei sistemi due oscillante patch BZ, un ceppo applicato potrebbe causare un passaggio tra la sincronizzazione in fase e fuori fase delle oscillazioni. La capacità di controllably alterare il comportamento dinamico di BZ gel attraverso deformazioni meccaniche apre la possibilità dell'utilizzo di questi materiali nella progettazione di sensori chemo-meccanico.

Elettrochimicamente Controllata Gonfiore Proprietà Meccaniche Di Un Polimero Nanocompositi

ACS Nano. Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19624148

Vi presentiamo l'Assemblea strato dopo strato di un elettroattivi nanocomposito sottile film polimerico contenente cationico lineare poly(ethyleneimine) (LPEI) e 68 vol % anionici blu di Prussia (PB) nanoparticelle, che consentono di elettrochimiche controllano dello spessore del film e proprietà meccaniche. Riduzione elettrochimica di PB raddoppia la carica negativa sulle particelle, provocando un afflusso di acqua e ioni dalla soluzione per mantenere electroneutrality nel film; concomitante gonfiore e aumentata compliance elastica del risultato del film. Gonfiore su riduzione reversibile è dell'ordine di 2-10%, come misurato tramite spectroscopic ellipsometry e microscopia a forza atomica elettrochimico. Cambiamenti reversibili nel modulo elastico di Young del film composito idratato sulla riduzione sono dell'ordine del 50% (da 3,40 a 1,75 GPa) misurata in situ nanoindentazione, con un aumento qualitativo viscosi contributi alla dissipazione di energia su redox è indicato dal cristallo di quarzo elettrochimico microbilancia. Stimoli elettrochimici mantengono un ambiente operativo mite e possono essere applicati rapidamente reversibile e localmente. Noi affermiamo che controllo elettrochimico del comportamento meccanico e gonfiore dei nanocompositi polimero potrebbe avere importanti implicazioni per i rivestimenti reattivi di dispositivi su scala nanometrica, comprese le superfici meccanicamente sintonizzabile per modulare il comportamento delle cellule aderenti.

Interazioni Di Idrogeno-vacanza Nelle Leghe Fe-C

Physical Review Letters. Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19792737

Energetica e le concentrazioni di idrogeno contenenti punto difetto cluster (PDCs) nelle leghe Fe-C sono calcolati e gettati in un diagramma di dominanza PDC. A causa degli effetti di forte legame dei posti vacanti di ferro sulla stabilità dei cluster, accumulo di idrogeno richiede concentrazioni totali di idrogeno e posto vacante essere comparabili. Come risultato dell'interazione tra processi di associazione ripugnante e attraente, popolazioni di PDC in Fe-C-H separare efficacemente nei sistemi binari Fe-C e Fe-H. Questo si traduce in popolazioni PDC significativo posto vacante-idrogeno anche per concentrazioni di idrogeno totale bassa.

Un Realistico Modello Molecolare Di Cemento Idrati

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Sep, 2009  |  Pubmed ID: 19805265

Nonostante decenni di studi di calcio, silicato idrato (C-S-H), la fase legante strutturalmente complesse di calcestruzzo, l'interazione tra la composizione chimica e densità rimane essenzialmente inesplorato. Insieme queste caratteristiche di C-S-H definire e modulano le proprietà fisiche e meccaniche di questa pietra"liquida" fase gel. Con la recente determinazione del calcio/silicio (C/S = 1.7) rapporto e la densità della particella C-S-H (2,6 g/cm(3)) da misure di scattering di neutroni, c'è una nuova urgenza alla sfida di spiegare queste proprietà essenziali. Qui vi proponiamo un modello molecolare di C-S-H, basato su un approccio bottom-up atomistico simulazione che considera solo la specificità chimica del sistema come il vincolo di override. Consentendo di silice brevi catene distribuite come monomeri, dimeri e pentamers, questo archetipo di C-S-H di una descrizione molecolare di unità interagenti, CaO, SiO2 e H2O fornisce non solo realistici valori del rapporto C/S e la densità calcolata dalla Gran simulazione Monte Carlo canonico di adsorbimento dell'acqua a 300 K. Il modello, con una composizione chimica di (CaO)(1.65)(SiO2)(H2O)(1.75), prevede anche altre caratteristiche strutturali essenziali e fondamentali fisiche suscettibili di validazione sperimentale, che suggeriscono che la struttura di gel C-S-H comprende sia ordine a corto raggio come il vetro e cristalline caratteristiche della tobermorite minerale. Inoltre, si sonda la rigidità meccanica, la forza e la risposta di shear idrolitica del nostro modello molecolare, rispetto alla proprietà misurata sperimentalmente di C-S-H. I risultati di quest'ultimi illustrano la prospettiva di trattamento di cemento sul cracking e parità con metalli e ceramiche nell'applicazione corrente del meccanismo basato su modelli e simulazioni multiscala per studio deformazione anelastica.

Modulazione Del Fenotipo Degli Epatociti in Vitro Via Chemiomeccanica Tuning Di Multistrati Di Polielettrolita

Biomaterials. Feb, 2009  |  Pubmed ID: 19046762

È sempre più apprezzato dal momento che le funzioni delle cellule e dei tessuti sono regolate da stimoli chemiomeccanica, controllo preciso tali stimoli migliorerà la funzionalità dei modelli di tessuto. Tuttavia, a causa della difficoltà insita nel disaccoppiamento questi spunti come presentato da materiali extracellulari, pochi studi hanno esplorato la modulazione indipendente di stimoli meccanici e biochimici verso la manipolazione dei processi cellulari sostenuti. Qui, ci dimostrano che sia meccanica presentazione conformità e ligando di multistrati di polielettroliti sintetici, debole (PEM) può essere regolato in modo indipendente per influenzare l'adesione e le funzioni specifiche del fegato di epatociti di ratto primario sopra estesa coltura in vitro (due settimane). Queste sintetiche PEM esposto moduli elastici E che vanno oltre 200kPa < E < 142MPa, quanto più uno thousand-fold più compatibile rispetto al polistirene di coltura del tessuto (E circa 2.5GPa). La più compatibile di questi substrati PEM promosso adesione degli epatociti e morfologia sferoidale. Successive modifiche del PEM con collagene di tipo I e il decorin proteoglycan non alterava conformità substrati, ma migliorato la conservazione di sferoidi su superfici e stabilizzate le funzioni epatiche (albumina e urea secrezione, l'attività di disintossicazione CYP450). Decorin esposta unici conformità-mediata effetti sulle funzioni epatiche, giù-regolazione del fenotipo degli epatociti quando presentato su substrati altamente compatibili mentre up-regolando le funzioni degli epatociti quando presentato su substrati sempre più rigidi. Questi risultati mostrano che funzioni fenotipiche dei modelli di fegato possono essere modulate sfruttando polimeri sintetici per studiare e ottimizzare l'interazione dei segnali biochimici e meccanici all'interfaccia cellula-materiale. Più in generale, questi risultati suggeriscono un approccio abilitazione per la sistematica progettazione di modelli di tessuto funzionale applicato a drug screening, terapie cell-based e studi fondamentali nello sviluppo, la fisiologia e la malattia.

Litografia Di Arresto Del Flusso Per La Produzione Di Evoluzione Forma Particelle Microgel Degradabili

Journal of the American Chemical Society. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19215127

Microgel particelle capaci di degradazione di massa sono stati sintetizzati da una soluzione di copolimero Triblocco diacrylated composto di poly(ethylene glycol) e poly(lactic acid) in un dispositivo microfluidico utilizzando stop-flow litografia (SFL). È stato dimostrato in precedenza che SFL può essere utilizzato per fabbricare le particelle con un controllo preciso sulla forma e dimensione delle particelle. Qui, noi abbiamo fabbricato hydrogel particelle di diversa dimensione e forma e ha esaminato la loro perdita di massa e gonfiore comportamento istologicamente e meccanicamente. Segnaliamo che queste caratteristiche, così come comportamento di degradazione delle particelle idrogel possa essere adattate con SFL. Riducendo la dose di UV applicata durante la fabbricazione, particelle di hydrogel possono avvenire per esibire una deviazione distinta dai profili classici erosione di idrogel bulk-degradanti. A dosi elevate di raggi UV, si verifica una saturazione nella densità di reticolazione e comportamento degradante alla rinfusa è osservato. Infine, abbiamo sintetizzato multifunzionale particelle composte, fornendo caratteristiche uniche che non si trovano in idrogel omogeneo.

Motilità Delle Cellule Staminali Derivate Dal Midollo Osseo in 3D Scaffold Sintetico è Governata Dalla Geometria Insieme a Adhesivity E Rigidità

Biotechnology and Bioengineering. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 21191996

Progettazione di ponteggi 3D che può facilitare la corretta sopravvivenza, proliferazione e differenziazione delle cellule progenitrici è una sfida per applicazioni cliniche che coinvolgono il tessuto connettivo grandi difetti. Migrazione delle cellule all'interno di tali ponteggi è un processo critico in materia di integrazione dei tessuti. Qui, si esaminano gli effetti del diametro dei pori di impalcatura, in concerto con matrice rigidezza e adhesivity, come parametri modificabili indipendentemente che regolano la motilità delle cellule staminali derivate dal midollo osseo. Abbiamo adottato un "opale inverso" elaborazione tecnica per creare impalcature sintetici di reticolazione poly(ethylene glycol) a differenti densità (moduli elastici di controllo matrice o rigidità) e piccole dosi di un monomero di heterobifunctional (controllo adhesivity matrix) nei dintorni di perline di templating di raggi diversi. Come diametro dei pori è stata variata da 7 a 17 µm (cioè dal significativamente inferiore al diametro delle cellule sferiche a circa diametro delle cellule), è visualizzato un effetto profondo sulla migrazione di queste cellule staminali-compreso il grado in cui motilità era sensibile ai cambiamenti nella matrice rigidezza e adhesivity. Sorprendentemente, la più alta probabilità per movimento sostanziale cellula attraverso i pori è stato osservato per un diametro dei pori intermedi, piuttosto che il più grande diametro del poro, che superato il diametro delle cellule. Le relazioni tra velocità di migrazione, spostamento e lunghezza totale del percorso sono state trovate a dipendono fortemente dal diametro dei pori. Noi attribuiamo questa dipendenza a convoluzione del diametro dei pori e Sub camera, producendo diversi ambienti geometrici sperimentati da parte delle cellule all'interno. Biotechnol. Bioeng. © 2011 Wiley periodici, Inc.

Pericita Actomiosina-mediata Contrazione All'interfaccia Cellula-materiale Può Modulare La Nicchia Microvascolare

Journal of Physics. Condensed Matter : an Institute of Physics Journal. May, 2010  |  Pubmed ID: 21386441

Pericytes circondano fisicamente l'endotelio capillare, contattare e comunicare con le cellule endoteliali vascolari associate tramite contatti cellula-cellula e cellula-matrice. Le interazioni delle cellule endoteliali Pericita così hanno il potenziale per modulare la crescita e la funzione del microvasculature. Qui utilizziamo la constatazione sperimentale che pericytes può fibbia una membrana freestanding, sottostante tramite contrazione actina-mediata. Pericytes sono stati coltivati su substrati in silicone deformabile e rughe Pericita generati sono stata stampate via sia ottico e atomic force microscopy (AFM). La rigidezza locale di subcellulare domini vicino e lontano da queste rughe è stata indagata tramite nanoindentazione AFM-abilitato per quantificare efficace moduli elastici. Substrato instabilità contrazione è stato quantificato dal cambiamento normalizzato nella lunghezza delle regioni inizialmente piatti di substrati (corrispondente per rughe contorno lunghezze), ed è stato utilizzato un modello a riguardare le energie locali ceppo Pericita forze contrattile. La natura del generato Pericita rughe e trasduzione di forza generato da proteine contrattili venne ulteriormente esplorata dall'aggiunta di inibitori del citoscheletro farmacologici che ha colpito le forze contrattili e i moduli elastici efficaci di Pericita domini. Actina-mediata delle forze sono sufficienti per pericytes esercitare una media instabilità contrazione del 38% sui substrati elastomerici impiegati in questi studi in vitro. Le forze contrattili actomiosina-mediata anche agiscono in vivo sull'ambiente conforme del microvasculature, compresa la membrana basale e altre cellule. Deformazioni generate Pericita substrato possono quindi servire come uno stimolo meccanico diretto a cellule endoteliali vascolari adiacenti e potenzialmente alterare l'effettiva rigidità meccanica delle matrici di extracellulare elastiche non lineare, di modulare le interazioni delle cellule endoteliali Pericita che influenzano direttamente l'angiogenesi fisiologica e patologica.

Photoelectrochemical Complessi Per La Conversione Di Energia Solare Che Chimicamente E Autonomamente Rigenerano

Nature Chemistry. Nov, 2010  |  Pubmed ID: 20966948

Avvenimento sistemi fotosintetici usano naturalmente elaborati percorsi di auto-riparazione per limitare l'impatto della foto-danneggiamento. Qui, noi dimostrare un complesso costituito da due proteine ricombinanti, fosfolipidi e un nanotubo di carbonio che riproduce questo processo. I componenti di assemblarsi in una configurazione in cui una matrice di lipidici aggregate sulla superficie del nanotubo di carbonio, creando una piattaforma per il fissaggio di conversione di luce le proteine. Il sistema è in grado di smontare sull'aggiunta di un tensioattivo e rimontare sulla sua rimozione sopra un numero indefinito di cicli. L'Assemblea è thermodinamicamente metastabile e può solo transizione reversibile se il tasso di rimozione di tensioattivo supera un valore di soglia. Solo nello stato assemblato i complessi presentano attività photoelectrochemical. Dimostriamo un ciclo di rigenerazione che utilizza tensioattivi per passare tra gli stati montati e smontati, risultante in un photoconversion maggiore efficienza di oltre il 300% più di 168 ore e un'estensione indefinita della durata del sistema.

Previsione Di Interazioni Nanofibre Polimeriche Tramite Simulazioni Molecolari

ACS Applied Materials & Interfaces. Apr, 2010  |  Pubmed ID: 20384291

Proprietà fisiche e funzionali dei tessuti non tessuti e altri materiali fiberlike dipendono fortemente dal numero e dal tipo di interazioni fibra-fibra. Per fibre polimeriche su scala nanometrica, in particolare, queste interazioni sono disciplinate dai contatti tra fibre e superfici di. Impieghiamo entrambe simulazioni di dinamica molecolare (MD) ad una temperatura inferiore alla temperatura di transizione di vetro T(g) della massa del polimero e minimizzazione statica (MS), o l'energia molecolare, per studiare le interazioni tra fibre polimeriche prototipici di 4,6 diametro nm, costituito da più catene macromolecolari di 100 atomi di carbonio per catena (C100) interfiber. Nostro MD le simulazioni mostrano che fibre allineate parallelamente e all'interno di 9 nm di un altro sperimentare una significativa forza di attrazione. Queste fibre tendono verso la coalescenza su una scala di tempo molto breve, anche di sotto T(g). Al contrario, nostri calcoli MS suggeriscono un'interazione interfiber che le transizioni da un attraente a una forza repulsiva a una distanza di separazione di 6 nm. I risultati di entrambi approccio possono essere utilizzati per ottenere una relazione quantitativa, forma chiusa, descrivendo le energie di interazione fibra-fibra U(s). Tuttavia, la prevista forma di interazione è molto diversa per i due approcci e può essere inteso in termini di differenze nella misura della mobilità molecolare all'interno e tra fibre per queste prospettive diverse di modellazione. I risultati di questi calcoli su scala molecolare di U(s) vengono utilizzati per interpretare le osservazioni sperimentali per stuoie di nanofibre polimeriche elettrofilate. Questi risultati evidenziano il ruolo della temperatura e le configurazioni molecolari cineticamente accessibile in previsione di interazioni dominato da interfaccia a superfici di fibra del polimero e pronto ulteriori esperimenti e simulazioni per confermare questi effetti nelle proprietà di stuoie nontessute costituito da tali fibre su scala nanometrica.

Controllo Dipendente Dalla Calpaina E Talin Pericita Microvascolare Contrattilità E Cellulare Rigidità

Microvascular Research. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20709086

Pericytes circondano le cellule endoteliali capillari ed esercitano forze contrattile modulante tono microvascolare e crescita endoteliale. Abbiamo descritto in precedenza Pericita fenotipo contrattile per essere Rho GTPasi e α-liscia del muscolo actina (αSMA)-dipendente. Tuttavia, meccanismi di mediazione cambia forma di adesione-dipendente e forza contrattile trasduzione rimangono in gran parte equivoche. Riportiamo ora che la proteasi neutra cisteina, calpaina, modula Pericita rigidità contrattilità e cellulari via talin, un integrin-associazione e associazione proteina F-actina. Digital imaging e analisi quantitative delle cellule viventi rivelano significative perturbazioni nella forza contrattile trasduzione rilevato tramite deformazione di substrati in silicone, come pure le perturbazioni di rigidità meccanica in sottodomini contrattile cellulare quantificato mediante microscopio a forza atomica (AFM)-abilitato nanoindentazione. Pericytes con sovraesprimono relativa GFP-etichettato talin Visualizza significativamente migliorata contrattilità (~ due volte), che è mitigata quando sono espressi talin mutanti resistenti calpain-scissione L432G o vinculin. Inoltre, la cellula-penetrante, calpaina-specifico inibitore definito CALPASTAT inverte talin-rafforzata, ma non Rho GTP-dipendenti, contrattilità. È interessante notare che, la nostra analisi ha rivelato che CALPASTAT, ma non suo mutante inattivo, altera deformazioni contrattile substrati cellulari-driven aumentando la rigidità meccanica delle regioni sottocellulari contrattili di queste pericytes. Complessivamente, i nostri risultati rivelano che calpain-dipendente dal clivaggio di talin modula dinamica contrattile delle cellule, che in pericytes può rivelarsi determinante nel controllo della normale funzione capillare o Fisiopatologia microvascolare.

Combinatorio Sviluppo Di Biomateriali Per Crescita Clonale Di Cellule Staminali Pluripotenti Umane

Nature Materials. Sep, 2010  |  Pubmed ID: 20729850

Sia le cellule staminali embrionali umane e cellule staminali pluripotenti indotte può auto-rinnovarsi indefinitamente in coltura; Metodi attuali di coltivarli clonandosi sono tuttavia inefficiente e mal definiti per manipolazione genetica e per scopi terapeutici. Qui sviluppiamo il primo chimicamente definito, privo di xeno, substrati sintetici senza alimentatore a sostegno robusto auto-rinnovamento di completamente dissociano staminali embrionali umane e indotta da cellule staminali pluripotenti. Proprietà materiali compresi bagnabilità, topografia superficiale, chimica delle superfici e modulo elastico rientro dei substrati polimerici tutti sono stati quantificati utilizzando metodi di alto-rendimento per sviluppare relazioni struttura-funzione tra proprietà materiali e biologiche prestazioni. Le analisi mostrano che substrati ottimali sulle cellule staminali embrionali umane sono generati da monomeri con contenuto elevato acrilato, hanno un moderato bagnabilità e impiegano integrina alpha(v)beta(3) e alpha(v)beta(5) impegno con vitronectina adsorbita per promuovere la formazione di Colonia. La metodologia di struttura-funzione impiegata nel presente documento fornisce un quadro generale per lo sviluppo di combinatorio di substrati sintetici per la coltura delle cellule staminali.

Previsione Lussazione Arrampicarsi E Strisciare Da Espliciti Dettagli Atomistico

Physical Review Letters. Aug, 2010  |  Pubmed ID: 20868174

Qui riportiamo simulazioni Monte Carlo cinetici di dislocazione salita in ferro cubico fortemente deformato, body-centered comprendente una supersaturazione di posti vacanti. Questo approccio incorpora l'effetto dell'interazione non lineare posto vacante-lussazione su barriere di migrazione posto vacante come determinato da calcoli atomistico e in modo esplicito consente osservazioni di diffusività e salita su scale temporali e temperature pertinente a legge di potenza creep. Catturando la sottostante fisica microscopica, gli esponenti di sollecitazione calcolata per creep stazionario tariffe d'accordo quantitativamente con l'intervallo misurato sperimentalmente e qualitativamente con la dipendenza lo stress delle energie di attivazione di creep.

Aumento Del Potenziale Sigillante Chirurgico Di Idrogel Adesivo Di Postswelling

Journal of Biomedical Materials Research. Part A. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20878989

Gli idrogel due-componente formano con polietilenglicole stelle ammina e polimeri di destrano lineare aldeide (PEG: Destrano) mostrano la promessa come tessuto-specifici sigillanti chirurgici. Tuttavia, c'è una significativa perdita di forza di adesione ai tessuti molli seguendo PEG: Destrano gonfiore, che può limitare la capacità materiale di appose separati tessuti ed evitare perdite da siti chirurgici. Abbiamo incorporato covalentemente modificato aminoacido L-3,4-diidrossifenilalanina (l-dopa) in PEG: Destrano per migliorare le prestazioni di sigillante postswelling. L-dopa è un componente essenziale delle placche adesive animali marini ed è stato usato per conferire aderenza bagnato in materiali sintetici. Come sia PEG: Destrano coesione e adesione sono mediati da interazioni aldeide-ammina, l-dopa-gruppi laterali rendono un modulatore potente rete con potenziale di influenzare molteplici proprietà del materiale. A seguito di immersione 1-h in mezzi acquosi, PEG: Destrano drogato con aldeide L-DOPA/M 3 mM in media gonfiava 50,3% meno, aveva 287.4% una maggiore rigidità, e aveva una maggiore forza di adesione funzionale 53,6% rispetto all'idrogel pulito. Aumentate concentrazioni di l-dopa fino a 11 mM L-DOPA/M aldeide similmente decurtati gonfiore e mitigati perdita di proprietà con idratazione, ma sacrificato la forza di adesione iniziale funzionale, materiale modulo e biocompatibilità. Presi insieme, questi dati supportano la coniugazione di l-dopa su misura come un promettente approccio per migliorare le prestazioni cliniche di sigillanti PEG: Destrano.

Il Peptide Anti-angiogenic, Ciclo 6, Lega Insulin-like Growth Factor-1 Recettore

The Journal of Biological Chemistry. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20940305

Gli inibitori delle metalloproteinasi (TIMPs), gli inibitori endogeni delle metalloproteinasi della matrice, tessuto hanno dimostrati di possedere funzioni biologiche che sono indipendenti dalla loro capacità di inibire la metalloproteinasi della matrice. Abbiamo precedentemente hanno dimostrato che il dominio C-terminale di TIMP-2 e, in particolare, un ciclo 6 inibiscono la proliferazione delle cellule endoteliali capillari e l'angiogenesi in vitro e in vivo. Per delucidare il meccanismo mediante il quale ciclo 6 inibisce l'angiogenesi, abbiamo cercato di stabilire se i suoi effetti biologici erano il risultato di un noto TIMP-2 l'interazione proteina-proteina o di un evento del recettore-mediata. In questo studio, individuiamo il recettore del fattore di crescita-1 insulino-simile come un partner di associazione del ciclo 6/TIMP-2 e caratterizzano questa interazione sulla superficie delle cellule endoteliali e le conseguenze di questa interazione su segnalazione a valle del recettore.

Meccanica Delle Cellule Staminali Mesenchimali Dall'allegata Allo Stato Sospeso

Biophysical Journal. Oct, 2010  |  Pubmed ID: 20959088

Cellule staminali mesenchimali umane (hMSCs) sono cellule terapeuticamente utili che in genere vengono espansi in vitro su substrati rigidi prima di reimpianto. Qui esploriamo MSC meccanica e cambiamenti strutturali via atomica della forza microscopia e allungamento ottico durante seminando estesa, e dimostriamo che organizzazione del citoscheletro e rigidità meccanica delle popolazioni MSC allegate sono fortemente modulate sopra &gt; 15 popolazione raddoppi in vitro. Reti di actina del citoscheletro presentano significative involgarimento, supervisore con la diminuzione media conformità meccanica e potenziale di differenziazione di queste cellule, anche se espressione di marcatori molecolari superficiali non diminuire significativamente. Questi cambiamenti meccanici sono osservati non in stato di sospensione, indicando che i cambiamenti si manifestano come alterazioni in stress fibra disposizione piuttosto che arrangiamento del citoscheletro corticale. Inoltre, allungamento ottico è in grado di indagare una transizione strutturale in precedenza quantificabili: rimodellamento indotta oltre decine di minuti dopo sono sospese le cellule aderenti di irrigidimento. Infine, troviamo che otticamente allungato hMSCs esibiscono reologia legge di potenza durante il carico e di recupero; questa evidenza sembra essere il primo a provengono da una tecnica di misurazione biofisica non comportano il contatto cellula-sonda o cellula-substrato. Insieme, queste valutazioni quantitative di MSCs allegata e sospesi definiscono gli estremi dell'ambiente extracellulare mentre sondare i meccanismi intracellulari che contribuiscono alla risposta meccanica delle cellule.

Formazione Autocrine-controllato E La Funzione Del Tessuto-come Aggregati Di Epatociti Primari in Matrici Di Idrogel Micropatterned

Tissue Engineering. Part A. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21121876

Il fegato svolge una varietà di funzioni essenziali regolata in parte da autocrino di segnalazione, inclusi fattori di crescita degli epatociti-prodotto e matrice extracellulare (ECM). Le concentrazioni locali di autocrine fattori sono disciplinate da un equilibrio tra associazione mediata dal recettore alla superficie delle cellule e la diffusione nella matrice locale e quindi dovrebbero essere influenzato dalla dimensionalità dell'ambiente di coltura delle cellule. Per indagare il ruolo di fattore di crescita ed ECM-modulato autocrino di segnalazione nel mantenimento della sopravvivenza degli epatociti primari appropriato, funzioni metaboliche e polarità, abbiamo creato le culture tridimensionale della geometria definita utilizzando micropatterned semisintetico polietilene glicole-fibrinogeno idrogel per fornire una piattaforma nonadhesive, meccanicamente compatibile con materiale che potrebbe essere modificata da fattori secreti da cellule. Abbiamo trovato che in assenza di fattori di crescita esogena del peptide o ECM, epatociti conservano i ligandi del recettore epidermal growth factor (EGF) (EGF e trasformando epidermal growth factor-α) e la transizione epitelio mesenchimale proto-oncogenic fattore ligando (c-MET) del hepatocyte growth factor (HGF), insieme con la fibronectina. Ulteriormente, epatociti coltivati in questo microambiente tridimensionale mantenuto alti livelli di funzioni specifiche del fegato durante il periodo di 10 giorni di cultura. Inibitori della funzione di blocco di α5β1 o del recettore EGF drasticamente ridotto la vitalità delle cellule e la funzione, suggerendo che segnalazione da entrambi questi recettori è necessaria per la sopravvivenza in vitro e la funzione degli epatociti in assenza di altri segnali esogeni.

Esaminando Lo Spostamento Laterale Delle Cellule HL60 Rotolando Sui Modelli P-Selectina Asimmetriche

Langmuir : the ACS Journal of Surfaces and Colloids. Jan, 2011  |  Pubmed ID: 21141947

Lo spostamento laterale delle cellule ortogonale a un flusso di flusso rotolando su schemi asimmetrici recettore presenta una nuova opportunità per la separazione senza etichetta e l'analisi delle cellule. Comprensione della natura della cella traiettorie a rotazione su tali supporti è necessaria per l'ingegneria dei substrati e la progettazione di dispositivi per l'analisi e la separazione delle cellule. Qui, indaghiamo la natura statistica della cella di rotolamento e l'effetto del modello geometria e flusso di shear stress sulla cella rolling traiettorie utilizzando modelli su scala micrometrica dei recettori biomolecolare con bordi ben definiti. Leucemici mieloidi cellule HL60 esprimendo il ligando PSGL-1 furono permesso di fluire attraverso un campo di fantasia linee fabbricato utilizzando microcontatto stampa e funzionalizzati con il recettore P-Selectina, sfruttando l'adesione sia specifico di questa coppia di ligando-recettore e l'asimmetria dell'inclinazione del recettore modello angolo rispetto alla direzione di flusso fluido shear (α = 5, 10, 15 e 20 °). Gli effetti della grandezza fluido sollecitazione di taglio (τ = 0,5, 1, 1.5 e 2.0 dyn/cm(2)), α e P-Selectina incubazione concentrazione erano quantificato in termini di velocità e bordo tracking lunghezza rotolamento. Rotolamento cellule rilevate lungo i bordi inclinati delle linee fantasia prima di scollegamento e ricollegamento su un'altra linea. Il distaccamento di rotolamento cellule dopo inseguimento lungo il bordo era coerenza con un processo di Poisson delle interazioni indipendenti dalla storia. Aumentando l'angolo di inclinazione del bordo è diminuito il bordo lunghezza di rilevamento in modo esponenziale, contrariamente a quanto la grandezza di shear stress e P-Selectina concentrazione di incubazione, che non ha avuto un effetto significativo. Sulla base di questi dati sperimentali, abbiamo costruito un modello empirico che predisse l'occorrenza dello spostamento laterale massimo in un angolo del bordo di 7,5 °. Abbiamo anche utilizzato queste scoperte per costruire una simulazione Monte Carlo per la previsione di rotolamento delle traiettorie delle cellule HL60 su substrati di P-Selectina-modellata con un angolo di inclinazione del bordo specificato. La previsione di spostamento laterale nella gamma di 200 μm entro un 1 cm di lunghezza di separazione supporta la fattibilità di separazione cellulare privo di etichetta tramite modelli di recettore asimmetrica in dispositivi microfluidici.

Previsione Delle Proprietà Elastiche Per Nanocompositi Polimero-particella Esibendo Un'interfase

Nanotechnology. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21393814

Nanocompositi polimero-particella spesso mostrano proprietà meccaniche scarsamente descritti da modelli micromeccanici che includono solo le fasi della particella e matrice. Esistenza di una regione interfacciale tra le particelle e matrix, interfase, è stato postulato e dimostrato indirettamente per conto di questo effetto. Qui di seguito, presentiamo un semplice approccio analitico per stimare efficaci proprietà elastiche del composito costituito da particelle incapsulate da un'interfase di spessore finito e distinte proprietà elastiche. Questa soluzione esplicita può trattare nanocompositi che comprendono sia fisicamente isolate nanoparticelle o agglomerati di tali nanoparticelle; stesso quadro può anche trattare fisicamente isolato nanoparticella aggregati o agglomerati di tali aggregati. Troviamo che i predetti moduli elastici sono d'accordo con gli esperimenti per tre tipi di nanocompositi polimero-particella, e che il predetto interfase spessore e rigidità di carbonio nero-gomma nanocompositi sono coerenti con i valori misurati. Infine, si discute l'influenza relativa della particella-polimero interfase spessore e rigidità per identificare massime possibili modifiche nelle proprietà di tali materiali elastici su macroscala.

Motilità Delle Cellule Staminali Derivate Dal Midollo Osseo in 3D Scaffold Sintetico è Governata Dalla Geometria Insieme a Adhesivity E Rigidità

Biotechnology and Bioengineering. May, 2011  |  Pubmed ID: 21449030

Progettazione di ponteggi 3D che può facilitare la corretta sopravvivenza, proliferazione e differenziazione delle cellule progenitrici è una sfida per applicazioni cliniche che coinvolgono il tessuto connettivo grandi difetti. Migrazione delle cellule all'interno di tali ponteggi è un processo critico in materia di integrazione dei tessuti. Qui, si esaminano gli effetti del diametro dei pori di impalcatura, in concerto con matrice rigidezza e adhesivity, come parametri modificabili indipendentemente che regolano la motilità delle cellule staminali derivate dal midollo osseo. Abbiamo adottato un "opale inverso" elaborazione tecnica per creare impalcature sintetici di reticolazione poly(ethylene glycol) a differenti densità (moduli elastici di controllo matrice o rigidità) e piccole dosi di un monomero di heterobifunctional (controllo adhesivity matrix) nei dintorni di perline di templating di raggi diversi. Come diametro dei pori è stata variata da 7 a 17 µm (cioè dal significativamente inferiore al diametro delle cellule sferiche a circa diametro delle cellule), è visualizzato un effetto profondo sulla migrazione di queste cellule staminali-compreso il grado in cui motilità era sensibile ai cambiamenti nella matrice rigidezza e adhesivity. Sorprendentemente, la più alta probabilità per movimento sostanziale cellula attraverso i pori è stato osservato per un diametro dei pori intermedi, piuttosto che il più grande diametro del poro, che superato il diametro delle cellule. Le relazioni tra velocità di migrazione, spostamento e lunghezza totale del percorso sono state trovate a dipendono fortemente dal diametro dei pori. Noi attribuiamo questa dipendenza a convoluzione del diametro dei pori e Sub camera, producendo diversi ambienti geometrici sperimentati da parte delle cellule all'interno.

PH Acido Extracellulare Promuove L'attivazione Di Integrina α(v)β(3)

PloS One. 2011  |  Pubmed ID: 21283814

PH acido extracellulare è caratteristica del microambiente delle cellule in diversi contesti importanti fisiologici e patologici. Anche se si è ben consolidata che acida pH extracellulare può avere effetti profondi sui processi di adesione cellulare e la migrazione, i meccanismi molecolari sottostanti sono in gran parte sconosciuti. Recettori integrin fisicamente collegano le cellule alla matrice extracellulare e rischiano così di modulare le risposte cellulari a condizioni extracellulari. Qui, si esamina il ruolo del pH acido extracellulare nella regolazione attivazione dell'integrina α(v)β(3). Attraverso simulazioni di dinamica molecolare computazionale, troviamo che quella acida pH extracellulare promuove apertura del copricapo del α(v)β(3), che indica che quel pH acido può quindi facilitare l'integrina attivazione. Questa previsione è coerenza con il nostro flusso cytometry e forza atomica microscopio-mediata forza spettroscopia dosaggi dell'integrina α(v)β(3) su cellule vive, che dimostrano che pH acido promuove attivazione alla superficie delle cellule intatte. Infine, quantificazione delle misurazioni di morfologia e migrazione cellulare Mostra che acida pH extracellulare influisce sul comportamento delle cellule in un modo che è coerente con l'integrina aumentata attivazione. Presi insieme, questi risultati computazionali e sperimentali suggeriscono un meccanismo nuovo e complementare del regolamento attivazione integrina, con implicazioni associate per adesione cellulare e la migrazione nelle regioni del pH alterato che sono rilevanti per la guarigione delle ferite e cancro.

Sincronizzazione Del Ciclo Cellulare Ad Alta Velocità Utilizzando Inerziale Forze in Spirale Microcanali

Lab on a Chip. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21336340

Sincronizzazione efficiente e selezione delle cellule nelle diverse fasi del ciclo di replicazione cellulare facilita la ricerca fondamentale e sviluppo di terapie mirate del ciclo cellulare. Attuali metodi di sincronizzazione di base chimica sono sfavorevoli come queste possono disturbare il metabolismo e la fisiologia cellulare. Sistemi microfluidici sviluppati per la separazione fisica delle cellule offrono un'alternativa potenziale sulla cella convenzionale sincronizzazione approcci. Qui vi presentiamo un dispositivo microfluidico a spirale per la sincronizzazione del ciclo cellulare, usando gli effetti combinati delle forze inerziale e Dean drag force. Sfruttando il rapporto tra il diametro della cella e ciclo cellulare (DNA contenuto/ploidia), noi abbiamo con successo frazionato diverse linee di cellule di mammifero asincrono, così come celle primarie composto da derivate dal midollo osseo umane cellule staminali mesenchimali (hMSCs), in sottopopolazioni arricchite di G0/G1 (&gt; 85%), S e G2/M fasi. Questo livello di arricchimento del ciclo cellulare è paragonabile a sistemi microfluidici esistenti, ma il throughput (∼ 15 × 10 cellule per h) e la redditività (∼ 95%) delle cellule così sincronizzati sono significativamente maggiore. Inoltre, questa piattaforma fornisce rapida raccolta di cellule sincronizzate o di post-separation cellule ordinati di diametro, per consentire diverse applicazioni nello studio e nella manipolazione della proliferazione cellulare.