水凝胶孔隙测定与自愈合观测

摘要：水凝胶冻干技巧：扫描电镜拍照想要拍出清晰的水凝胶结构照片？试试这个方法吧！1️⃣ 首先，合成好的水凝胶需要先在液氮中浸泡大约一分钟，这样可以快速降温。2️⃣ 接着，将水凝胶放入负20度的冰箱冷冻，确保其结构在低温下稳定。3️⃣ 最后，进行冷冻干燥处理，这样水凝

水凝胶冻干技巧：扫描电镜拍照
想要拍出清晰的水凝胶结构照片？试试这个方法吧！

1️⃣ 首先，合成好的水凝胶需要先在液氮中浸泡大约一分钟，这样可以快速降温。

2️⃣ 接着，将水凝胶放入负20度的冰箱冷冻，确保其结构在低温下稳定。

3️⃣ 最后，进行冷冻干燥处理，这样水凝胶的孔洞结构会更加规则且大小一致。

如果省略液氮浸泡步骤，直接将水凝胶放入负20度冰箱，可能会导致孔洞结构不规则或紧实，因为温度变化不够迅速。

通过以上步骤，你可以更好地控制水凝胶的结构，从而在扫描电镜下获得更清晰的图像。

Cellulose nanocrystals-reinforced core-shell hydrogels for sustained release of fertilizer and water retention Diego M. do Nascimento a,* , Yana L. Nunes b , Judith P.A. Feitosa a, Alain Dufresne c,Morsyleide de F. Rosa d,*

Temperature-responsive hydrogel prepared from carboxymethyl cellulose-stabilized N-vinylcaprolactam with potential for fertilizer delivery Hongyi Shang , Xinxin Yang , He Liu .Carbohydrate Polymer,2023.

Thermo and pH-responsive methylcellulose and hydroxypropyl methylCellulose hydrogels containing K2SO4 for water retention and a controlled-release water-soluble fertilizer

Yi-Chun Chen ⁎, Yi-Hua Chen

SICM属于SPM 以上

1、基于扫描离子电导显微镜的纳米粒子内吞及放疗增敏研究陈峰,南京航空航天大学,2019-02-01 博士D

1.1.4 单细胞膜检测技术

活体细胞的高分辨率成像在生物分析中具有重要的基础意义和实际意义。最常用的活体细

胞成像方法是光学显微镜，通常只能提供细胞形态的信息。然而，在过去的几年中，光学显微

镜的一些变化，如荧光显微镜和激光共聚焦扫描显微镜，使人们深入了解细胞生化或生理活动

的分布情况。虽然图像分析在活细胞成像中得到了广泛的应用，但它们很大程度上需要对底物

进行荧光标记，从而对细胞活性产生副作用。荧光显微镜的时间分辨成像也因光致褪色和连续

光照产生的毒性而降低分辨率。另一种常用的检测细胞活动的方法是电子细胞基质阻抗判断

（ECIS）[46]。它是基于对实验中金电极上细胞生长和运动引起的阻抗的测量。测量的阻抗对外

界条件（如pH、温度等）以及其他生物、化学物质极为敏感，因此可以提供关于外部刺激下细

胞行为的信息。ECIS的一个主要缺点是无法获取局部信息。这是由于测量的阻抗包含来自相对

较大的工作电极的平均响应，该电极通常被许多细胞覆盖[47]。

生物细胞是每一个生物的基本组成部分，它们的性质非常复杂。许多生物实验是在同一组细胞上进行的，假设特定类型的所有细胞都是相同的。然而，最近对单个细胞的研究表明，这一假设是不正确的[48]。同一代细胞内的单个细胞可能有很大差异，这些差异可能对系统健康和功能产生重要影响。即使在同一类型和同一代细胞中，细胞形态和细胞外膜电势分布在细胞周期的不同阶段也存在显着性差异。在活细胞膜上，由系统分布的离子通道和泵使细胞膜电势存在多个微结构域[49]。这些系统分布的离子通道形成单个或一群细胞的生理微结构域。最近，有研究在荧光显微镜下使用电压敏感染料证明了单个细胞外膜电势多个微区的存在[49, 50]。这些长期存在的细胞膜电势的信息在调节许多重要的细胞活动，如胚胎模式、再生修复和减少癌组织紊乱等发挥着重要作用[51]。

为了提供生物样品的空间分辨信息，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）

与原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）等扫描探针技术得到了广泛的应用[52-54]。这是一种高分辨率细胞和组织成像技术，与光学显微镜相比，它们不需要任何分子标记。虽然SEM提供了优良的横向分辨率，但固定、干燥（除水）和样品染色以进行图像对比等方面有固定的要求，而这些要求往往不适用于活细胞及其自然形貌的研究[44]。另一方面，AFM是一种常用的扫描探针显微镜，可以在更符合生物相容性的条件下操作，而不需要分子标记、高能激光束或标准样品制备，从而避免了测量产生的伪影[55]。然而，它在生物科学领域中的应用是非常有限的。在AFM中，对样品施加成像力，这种力会在机械敏感细胞中引起不必要的反应，导致细胞变形或膜破裂，从而改变其细胞形貌[56]。

扫描探针显微镜（Scanning Pprobe Microscopy，SPM），特别是扫描离子电导显微镜（SICM）和扫描电化学显微镜（Scanning Electrochemical Microscopy，SECM）在生物应用中得到了广泛的应用[57-61]。当生物样本如活细胞被扫描中，为避免损坏样本，控制非接触距离是至关重要的。

在非接触式SPM中，一种远程控制系统是利用离子电导作为反馈信号。在SECM中，距离调节采用非相互作用介质的扩散控制电流作为反馈信号。AC-SECM采用交流电响应作为反馈信号，作为与介质无关的恒定距离成像系统。近年来，采用尖端调制技术实现了SICM（AC模式）和SECM中形貌与局部离子电导或局部通量的同时成像。当尖端接近样品表面时，交流电流的变化作为反馈信号用于恒定距离的调节。在SICM探测局部离子电导或在SECM探测离子可渗透或电活性表面附近的浓度或通量时，尖端正弦运动受到的扰动可能会影响测量。因此，调节样品-探针距离的独立信号对于精确扫描样品浓度或通量是必不可少的。为了更好地理解单细胞行为和细胞膜电势的动态变化，有必要获得具有高空间和时间分辨率的膜电势的图像。虽然荧光显微镜可以在单细胞水平上实时监测细胞外和细胞内的生物电信号[49]，但其空间分辨率仍不足以分辨亚细胞结构及其信号。此外，荧光显微镜图像不能定量测量细胞膜电势[62]。除了荧光显微镜外，其他一些技术也可用来检测细胞膜上的生物电信号[63]。近二十年来，扫描探针显微镜技术，主要是原子力显微镜（AFM）和扫描离子电导显微镜（SICM），可用于生物标本的成像和分析。然而，SICM比AFM更适合于脆弱和复杂的活细胞表面的成像以及分析，因为SICM可以在不接触细胞样品表面的情况下与AFM保持相当的分辨率[64]。

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Wei 等[47]利用光学显微镜和电化学显微镜对右旋糖酐-l-聚乙二醇（DEX-l-PEG）水凝胶的自愈过程进行了表征，如图 1.12 所示。他们先在水凝胶样品表面制造具有约 2 mm长的人造划痕，然后分别利用光学显微镜（1.12a-c）和电化学显微镜（1.12d-i）同步记录划痕在 0 小时-7 小时内的愈合状态。光学显微镜是将微小划痕放大到一定倍数进行观察，扫描电化学显微镜是依据空间位置上电化学信号的不同进行表面形貌成像，实现划痕愈合过程的原位观察。图 1.12 a-c、d-f、g-i 分别展示了不同自愈时间下水凝胶划痕的光学显微镜图像、电化学显微镜 2D 图像和 3D 图像。结果显示，光学显微镜和电化学显微镜结果一致，0 小时水凝胶划痕明显且有一定深度，2 小时后划痕明显减弱，7 小时后基本愈合，表明该水凝胶具有良好的自愈性能。与宏观观测法相比，微观观测法能够从微观形态上展现水凝胶损伤的愈合情况，能够更好地表征水凝胶的自愈性能。总而言之，定性评价方法简单直接、易于判断，能够快速有效的对水凝胶的自愈性能做出初步的评判。但这种评价方法只能对愈合情况进行外观观察，对自愈后水凝胶的整体力学性能难以评价，不适用于对力学性能要求较高的水凝胶。

[47] Wei Z, Yang J H, Du X J, et al. Dextran‐based self‐healing hydrogels formed by reversible diels-alder reaction under physiological conditions[J]. Macromolecular Rapid Communications, 2013, 34:1464-1470.

2 【47】来自：基于多酚化合物的高强度高自愈率水凝胶制备与性能研究，黄金鑫 2022 D 大连理工大学