文章讨论：
Kolel， A.， et al. 实时显微镜成像下 3D 水凝胶的受控应变。可视化实验杂志。（2020 年）。
Yang， F.， Wang， Z.， and Yang， S. 用于血管可视化的双光栅扫描光声小动物成像仪。可视化实验杂志。（2020 年）。
Tamburrini， R.， et al. 用于可溶性细胞外基质 （ECM） 生产的人胰腺的无去垢剂脱细胞。可视化实验杂志。（2020 年）。
Koch， S.E.， et al.一种多线索生物反应器，用于评估生物材料在流动和拉伸下的炎症和再生能力。可视化实验杂志。（2020 年）。
周， H.， Cen， X.， Song， Y.， Ugbolue， U.C.， and Gu， Y. 不同步行速度下与计划外步态终止相关的下肢生物力学特征。可视化实验杂志。（2020 年）。
Yin， L.， Lai， Z.， 胡， X.， Liu， K.， Wang， L. 评估慢性踝关节不稳个体的姿势控制和下肢肌肉激活。可视化实验杂志。（2020 年）。
生物材料与生物力学作为一个重要的交叉学科研究领域，通过实验研究和理论分析，揭示生物材料的结构、性能和功能之间的关系和机制，与材料科学、力学、生物工程、数学等相联系。为了改进生物材料和生物力学的实验方法，本JoVE方法集将相应的实验方法及其各自的特点分为组织力学性能和仿生力学两类进行讨论。组织力学观察包括三维水凝胶拉伸法、双光栅扫描光声法、人胰腺无洗涤剂脱细胞法以及管状支架上拉应力和剪切应力的解耦法。仿生学力学观察包括踝关节不稳患者的下肢运动和姿势控制的数据收集方法。
机械力对组织的影响主要包括基因表达，细胞分化，组织重塑1,2,3和细胞外基质（ECM）的变化4,5,6。了解组织对机械力的反应 7,8,9 将有助于组织工程和理论模型领域的发展。Kolel 等人 10 提出了一种拉伸 3D 水凝胶的方法，该方法允许在共聚焦显微镜下进行静态或循环单轴应变。他们在0.5毫米厚的硅橡胶条上模制了直径约2毫米的孔的纤维蛋白凝胶，然后在实时共聚焦显微镜下进行单轴拉伸。最后，他们讨论了将细胞嵌入水凝胶中并将它们暴露于受控外部拉伸的可能性。该协议中使用的拉伸系统由 3D 打印组件和低成本电子组件组成。与其他现有方法相比，该系统具有以下独特功能。首先，该系统允许对厚3D软水凝胶进行单轴拉伸，整个水凝胶具有Z均匀变形。其次，由于3D打印的简单性和低成本，在其他实验室中很容易建造这种拉伸设备。第三，样品的几何形状和尺寸可以根据用户自由作。该方法提高了在更生理的三维条件下研究生物过程的外力的能力，并为组织工程领域做出了贡献。
小动物影像学在指导人类同源疾病的研究和寻求有效的治疗方法方面具有重要作用。光声成像（PAI）是一种无创成像技术，结合了光学成像和超声成像的优点11,12。Yang等人13报道了一种双光栅扫描光声成像仪（DRS-PAI），通过对小鼠不同部位的声耦合扫描，分别收集了WIM和RIM模式下的血管图像。DRS-PAI 的优势在于 WIM 和 RIM 集成在一个系统中，并提供实时血液动力学的高分辨率宽视场血管可视化。实时成像模式（RIM）可以通过测量脉管系统沿深度方向的位移来揭示呼吸或脉搏的特征。此外，RIM 还可以定量测量 WIM 图像的特定区域。通过比较图像，可以准确揭示局部变化的细节。该方法可以很容易地应用于生物医学基础研究的各个领域。
对胰岛的需求不断增加，对胰岛隔离提出了更高的要求 14,15,16。Tamburrini 等人 17 提出了一种新的、无洗涤剂的脱细胞方法，该方法可减少 ECM 损伤，并可以保留胰腺 ECM 的关键成分。脱细胞方法避免使用经典的离子和非离子化学洗涤剂。此外，在眼眶振动器中对组织进行脱细胞，而不是通过血管系统注射洗涤剂，极大地促进了脱细胞技术的简单性、一致性和可行性，从而增加了用于翻译的ECM的产量。由于目前的脱细胞方法无法量化脱细胞后ECM上残留的Triton X-100，并且在cGMP环境下扩展生产工艺的可行性较低，因此他们还研究了通过机械振动而不是灌注获得全胰腺脱细胞的可行性。胶原蛋白和糖胺聚糖定量数据显示出与以往经验一致的趋势。使用此协议发现了一些局限性。因此，BMI <30 供体的人类胰腺通常被认为适合脱细胞。
使用可吸收生物材料直接在体内诱导再生是一种有吸引力的策略18,19,20,21,22，但这种生物材料在植入后会引起炎症反应，这也是后续新组织吸收和再生的驱动力。炎症和再生过程都由拉伸应力和剪切应力决定。Koch等人23详细描述了生物反应器在管状支架上解耦拉应力和剪切应力的使用。他们认为，这种管状生物反应器系统的应用将有助于研究它们在力学中的单独和组合效应。该生物反应器系统地评估剪切应力和循环拉伸对管状可吸收支架炎症和组织再生的贡献。此外，这使得在管状支架的影响下，在良好控制的机械负荷下标准化炎症和再生能力成为可能。详细讨论了该方法的关键步骤：生物反应器的构建和设置、支架的制备和细胞接种、拉伸和剪切流的应用和维护、样品采集和分析。该系统可以测试各种组织工程血管移植物（例如，合成或天然来源、不同的微观结构、不同的孔隙率）。为了有效地解耦剪切应力和张力的应用，生物反应器中使用的关键概念如下。首先，使用不同的泵系统分离剪应力和拉伸控制。其次，支架以由内而外的方式受到刺激，具有计算驱动的尺寸。使用流量泵将流量施加在管状脚手架的外表面，同时使用单独的应变泵扩展硅胶管，使用单独的应变泵扩展支架的圆周张力。该方法还可用于大量血管构建分析。结果表明，不同剪切和张力组合对组织工程血管移植物（TEVG）结构的生长和重塑具有独特的影响。通过体外平台的收集获得的见解有助于优化新开发的原位TEVGs设计参数。
姿势和平衡控制可分为静态和动态状态24,25,26,27。其中，动态平衡能力是指身体在运动中控制和调整身体重心和姿势的能力28。从运动生物力学的角度来看，维持动态平衡的主体是下肢的踝关节。如果髋关节是保持平衡的主要身体，那么很容易摔倒。周等人29分析了由意外刺激引起的步态终止时下肢生物力学的变化。采用运动分析系统和足底压力平台，对下肢运动的原位运动数据进行采集。该方法可用于生物力学研究、虚拟现实系统、机器人远程控制、动画制作、运动训练、人体工程学研究、互动游戏等。
慢性踝关节不稳定（CAI）是最常见的运动损伤之一，其特征是踝关节持续疼痛和肿胀、踝关节松动和自我报告的残疾，严重影响患者的姿势稳定性30,31。CAI 可以通过运动机能贴布来改善。Yin 等人 32 通过使用计算机动态姿势图分析视觉、本体感觉和前庭感觉在维持姿势稳定性方面的贡献。进行并测量感觉组织测试 （SOT）、单侧站姿 （US）、稳定性极限 （LOS）、运动控制测试 （MCT） 和适应测试 （ADT）。这些测量为观察协调三个感觉系统和调节肌肉激活以维持姿势稳定性的过程提供了一种新方法。
结合多学科综合研究，先进的测量设备和方法促进了生物材料和生物力学的发展和演进。本文虽然讨论了不同的测试方法，但为了加速生物材料和生物力学的研究，促进不同领域研究人员之间的交流，有必要将各个领域的不同研究方法和思想整合起来，作为一个跨学科的综合研究方向。
作者没有什么可透露的。
本研究得到了温州市科学技术局 （Y2020069） 的支持。
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