Salamat sa pagbisita sa nature.com. Ang bersyon sang browser nga imo ginagamit may limitado nga suporta sa CSS. Para sa pinakamaayo nga eksperyensya, ginarekomendar namon ang paggamit sang pinakabag-o nga bersyon sang browser (ukon ang pagpatay sang compatibility mode sa Internet Explorer). Dugang pa, agud masiguro ang padayon nga suporta, ini nga site indi maglakip sang mga estilo ukon JavaScript.
Ang paghulag sang mga organo kag mga tisyu mahimo magdul-ong sa mga sayop sa pagposisyon sang mga X-ray sa tion sang radiotherapy. Gani, ang mga materyales nga may katumbas sa tisyu nga mekanikal kag radyolohiko nga mga kinaiya kinahanglanon sa pag-ilog sang paghulag sang organo para sa pag-optimize sang radiotherapy. Apang, ang paghimo sina nga mga materyales nagapabilin nga isa ka hangkat. Ang mga alginate hydrogel may mga kinaiya nga kaanggid sa mga extracellular matrix, nga nagahimo sa ila nga maayo bilang mga materyales nga katumbas sa tisyu. Sa sini nga pagtuon, ang mga bula sang alginate hydrogel nga may ginahandum nga mga kinaiya sa mekanikal kag radyolohiya gin-synthesize paagi sa in situ Ca2+ release. Ang ratio sang hangin-sa-kadamuon ginkontrol sing maayo agod makakuha sing mga bula sang hydrogel nga may gintalana nga mga kinaiya sa mekanikal kag radyolohiya. Ang macro- kag micromorphology sang mga materyales ginkilala, kag ang pamatasan sang mga hydrogel foam sa idalom sang pag-ipit gintun-an. Ang mga kinaiya sang radyolohiya ginbulubanta sa teoretikal kag gin-verify sa eksperimento gamit ang computed tomography. Ini nga pagtuon nagahatag sang kasanag sa palaabuton nga pag-uswag sang mga materyales nga katumbas sa tisyu nga mahimo gamiton para sa pag-optimize sang dosis sang radyasyon kag pagkontrol sang kalidad sa tion sang radiotherapy.
Ang radiation therapy isa ka kinaandan nga pagbulong para sa kanser1. Ang paghulag sang mga organo kag mga tisyu masami nga nagadul-ong sa mga sayop sa pagposisyon sang mga X-ray sa tion sang radiation therapy2, nga mahimo magresulta sa indi maayo nga pagbulong sang tumor kag sobra nga pagkadayag sang palibot nga mapagros nga mga selula sa indi kinahanglanon nga radyasyon. Ang ikasarang sa pagtagna sang paghulag sang mga organo kag mga tisyu importante gid sa pagpanubo sang mga sayop sa lokalisasyon sang tumor. Ini nga pagtuon nagtutok sa mga baga, bangud nagaagi ini sang daku nga mga deformation kag mga hulag kon ang mga pasyente nagaginhawa sa tion sang radiation therapy. Ang nagkalainlain nga mga modelo sang finite element ginhimo kag gin-aplikar sa pag-simulate sang paghulag sang mga baga sang tawo3,4,5. Apang, ang mga organo kag mga tisyu sang tawo may komplikado nga mga geometriya kag nagadepende gid sa pasyente. Gani, ang mga materyales nga may mga kinaiya nga katumbas sa tisyu mapuslanon gid sa paghimo sang pisikal nga mga modelo sa pag-validate sang mga teoretikal nga modelo, pagpadali sang mas maayo nga pagbulong sa medisina, kag para sa mga katuyuan sa edukasyon sa medisina.
Ang paghimo sang mga materyales nga naga-ilog sang mahumok nga tisyu agud matigayon ang komplikado nga mga geometriya sang istruktura sa guwa kag sa sulod nakakuha sang madamo nga atensyon bangud ang ila kinaugali nga mga pagkawalay pag-alalangay sa mekanikal mahimo magdul-ong sa mga kapaslawan sa mga aplikasyon nga target6,7. Ang pagmodelo sang komplikado nga biomechanics sang tisyu sang baga, nga nagatingob sang tuman nga pagkahumok, pagkamaunat-unat, kag pagkaporosidad sang istruktura, nagahatag sang isa ka daku nga hangkat sa paghimo sang mga modelo nga sibu nga nagapatubas sang baga sang tawo. Ang pagtingob kag pagpares sang mga mekanikal kag radyolohiko nga mga kinaiya importante gid para sa epektibo nga performance sang mga modelo sang baga sa mga interbensyon sa terapyutik. Ang additive manufacturing napamatud-an nga epektibo sa paghimo sang mga modelo nga espesipiko sa pasyente, nga nagapaposible sang madasig nga paghimo sang prototype sang mga komplikado nga mga desinyo. Shin et al. 8 naghimo sang isa ka reproducible, deformable nga modelo sang baga nga may 3D-printed nga mga alagyan sang hangin. Haselaar et al. 9 naghimo sang isa ka phantom nga kaanggid gid sa matuod nga mga pasyente para sa pag-usisa sang kalidad sang laragway kag mga pamaagi sa pag-verify sang posisyon para sa radiotherapy. Si Hong et al10 naghimo sang isa ka modelo sang CT sa dughan gamit ang 3D printing kag teknolohiya sang silicone casting sa pagliwat sang CT intensity sang nagkalainlain nga mga samad sa baga sa pag-ebalwar sang katukma sang pag-isip. Apang, ining mga prototype masami nga human sa mga materyales nga ang epektibo nga mga kinaiya tuhay gid sa mga tisyu sang baga11.
Sa karon, ang kalabanan nga mga lung phantom human sa silicone ukon polyurethane foam, nga wala nagahisanto sa mekanikal kag radiological nga mga kinaiya sang matuod nga lung parenchyma.12,13 Ang mga alginate hydrogels biocompatible kag lapnag nga gingamit sa tissue engineering bangod sang ila tunable mechanical properties.14 Apang, ang pag-reproduce sang ultra-soft nga pagkamakanunayon para sa lung-like phantom foam ang sibu nga pag-ilog sang pagkamaunat-unat kag pagpuno sang istruktura sang tisyu sang baga nagapabilin nga isa ka eksperimento nga hangkat.
Sa sini nga pagtuon, ginkabig nga ang tisyu sang baga isa ka homogenous elastic nga materyal. Ang densidad sang tisyu sang baga sang tawo (\(\:\rho\:\)) ginareport nga 1.06 g/cm3, kag ang densidad sang inflated lung 0.26 g/cm315. Ang madamo nga Young's modulus (MY) nga mga balor sang tisyu sang baga nakuha gamit ang nagkalainlain nga mga pamaagi sa eksperimento. Lai-Fook et al. 16 nagtakus sang YM sang baga sang tawo nga may uniporme nga inflation nga 0.42–6.72 kPa. Goss et al. 17 naggamit sang magnetic resonance elastography kag nagreport sang YM nga 2.17 kPa. Liu et al. 18 nagreport sang direkta nga gintakus nga YM nga 0.03–57.2 kPa. Ilegbusi et al. 19 nagbulubanta sang YM nga 0.1–2.7 kPa base sa 4D CT data nga nakuha gikan sa pinili nga mga pasyente.
Para sa mga kinaiya sang baga, pila ka mga parametro ang ginagamit sa paglaragway sang interaksyon nga pamatasan sang tisyu sang baga sa mga X-ray, lakip ang elemental nga komposisyon, densidad sang electron (\(\:{\rho\:}_{e}\)), epektibo nga numero sang atomo (\(\:{Z}_{eff}\)), mean excitation energy (\:\:\:\), isa ka massefficient coefficient (\(\:\mu\:/\rho\:\)) kag ang Hounsfield unit (HU), nga direkta nga may kaangtanan sa \(\:\mu\:/\rho\:\).
Ang densidad sang electron \(\:{\rho\:}_{e}\) ginahatagan kahulugan subong ang kadamuon sang mga electron kada yunit sang kadamuon kag ginakalkulo subong sang masunod:
sa diin ang \(\:\rho\:\) amo ang densidad sang materyal sa g/cm3, ang \(\:{N}_{A}\) amo ang Avogadro constant, ang \(\:{w}_{i}\) amo ang mass fraction, ang \(\:{Z}_{i}\) amo ang numero sang atomo, kag ang \(\:}{i}\) amo ang kabug-aton sang amic ika-i nga elemento.
Ang numero sang atomo direkta nga may kaangtanan sa kinaiya sang interaksiyon sang radyasyon sa sulod sang materyal. Para sa mga compound kag mga mixture nga nagaunod sang pila ka mga elemento (halimbawa, mga panapton), ang epektibo nga numero sang atomo \(\:{Z}_{eff}\) dapat kalkulahon. Ang pormula ginduso ni Murthy et al. 20:
Ang average nga enerhiya sang pagpukaw \(\:I\) nagalaragway kon daw ano kadali nga ginasuyop sang target nga materyal ang kinetic energy sang nagasulod nga mga partikulo. Ginalaragway lamang sini ang mga kinaiya sang target nga materyal kag wala sing labot sa mga kinaiya sang mga partikulo. \(\:I\) mahimo nga makalkulo paagi sa pag-aplikar sang pagsulundan sang additivity ni Bragg:
Ang mass attenuation coefficient \(\:\mu\:/\rho\:\) nagalaragway sang pagsulod kag pagpaguwa sang enerhiya sang mga photon sa target nga materyal. Mahimo ini makalkulo gamit ang masunod nga pormula:
Kon sa diin ang \(\:x\) amo ang kadamulon sang materyal, ang \(\:{I}_{0}\) amo ang nagasulod nga kabaskugon sang kasanag, kag ang \(\:I\) amo ang kabaskugon sang photon pagkatapos sang pagsulod sa materyal. \(\:\mu\:/\rho\:\) nga datos mahimo makuha direkta gikan sa NIST 12621 Standards Reference Database. Ang mga balor sang \(\:\mu\:/\rho\:\) para sa mga sinagol kag mga compound mahimo makuha gamit ang pagsulundan sang additivity subong sang masunod:
Ang HU isa ka standardized dimensionless unit sang pagtakus sang radiodensity sa pag-interpretar sang computed tomography (CT) data, nga linear nga ginbag-o gikan sa gintakus nga attenuation coefficient \(\:\mu\:\). Ginahatagan ini kahulugan nga:
sa diin ang \(\:{\mu\:}_{tubig}\) amo ang attenuation coefficient sang tubig, kag ang \(\:{\mu\:}_{air}\) amo ang attenuation coefficient sang hangin. Gani, gikan sa pormula (6) makita naton nga ang HU nga balor sang tubig 0, kag ang HU nga balor sang hangin -1000. Ang HU value para sa baga sang tawo nagalab-ot sa -600 tubtob -70022.
Pila ka mga materyales nga katumbas sa tisyu ang naugmad. Griffith et al. 23 naghimo sang isa ka modelo nga katumbas sa tisyu sang lawas sang tawo nga human sa polyurethane (PU) sa diin ang nagkalainlain nga konsentrasyon sang calcium carbonate (CaCO3) gindugang sa pag-simulate sang linear attenuation coefficients sang nagkalainlain nga mga organo sang tawo lakip ang baga sang tawo, kag ang modelo ginhingalanan nga Griffith. Si Taylor24 nagpresentar sang ikaduha nga modelo sang katumbas nga tisyu sang baga nga ginhimo sang Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), nga ginhingalanan LLLL1. Si Traub et al.25 naghimo sang bag-o nga substitute sang tisyu sang baga gamit ang Foamex XRS-272 nga nagaunod sang 5.25% CaCO3 bilang isa ka performance enhancer, nga ginhingalanan ALT2. Ang mga lamesa 1 kag 2 nagapakita sang pagtandi sang \(\:\rho\:\), \(\:{\rho\:}_{e}\), \(\:{Z}_{eff}\), \(\:I\) kag ang mga koepisyent sang pagpaluya sang masa para sa baga sang tawo (ICRU-44) kag ang mga modelo sang katumbas nga tisyu sa ibabaw.
Bisan pa sang maayo nga mga kinaiya sa radyolohiya nga natigayon, halos tanan nga mga materyales nga phantom human sa polystyrene foam, nga nagakahulugan nga ang mga mekanikal nga kinaiya sining mga materyales indi makapalapit sa mga baga sang tawo. Ang Young's modulus (YM) sang polyurethane foam mga 500 kPa, nga malayo sa maayo kon ipaanggid sa normal nga mga baga sang tawo (mga 5-10 kPa). Gani, kinahanglan nga maghimo sang bag-o nga materyal nga makatuman sang mekanikal kag radyolohikal nga mga kinaiya sang matuod nga mga baga sang tawo.
Ang mga hydrogel kaylap nga gigamit sa enhinyero sa tisyu. Ang istruktura kag mga kinaiya sini kaanggid sa extracellular matrix (ECM) kag mahapos nga ma-adjust. Sa sini nga pagtuon, ang puro nga sodium alginate ang ginpili bilang biomaterial para sa paghanda sang mga bula. Ang mga alginate hydrogels biocompatible kag lapnag nga ginagamit sa tissue engineering bangod sang ila adjustable mechanical properties. Ang elemental nga komposisyon sang sodium alginate (C6H7NaO6)n kag ang presensya sang Ca2+ nagatugot sa iya mga kinaiya sa radyolohiya nga ma-adjust kon kinahanglanon. Ini nga kombinasyon sang mga adjustable mechanical kag radiological properties nagahimo sang alginate hydrogels nga maayo para sa amon pagtuon. Siempre, ang mga alginate hydrogel may mga limitasyon man, ilabi na sa bahin sang malawig nga kalig-on sa tion sang gin-simulate nga mga siklo sang pagginhawa. Gani, ang dugang nga mga pag-uswag kinahanglanon kag ginapaabot sa palaabuton nga mga pagtuon sa pagsabat sa sini nga mga limitasyon.
Sa sini nga buluhaton, naghimo kami sang isa ka alginate hydrogel foam nga materyal nga may kontrolado nga mga bili sang rho, pagkamaunat-unat, kag mga kinaiya sa radyolohiya nga kaanggid sa mga tisyu sang baga sang tawo. Ini nga pagtuon magahatag sang pangkabilugan nga solusyon para sa paghimo sang mga phantom nga daw tisyu nga may tunable elastic kag radiological properties. Ang mga kinaiya sang materyal madali nga mapahiangay sa bisan ano nga tisyu kag organo sang tawo.
Ang target nga hangin sa volume ratio sang hydrogel foam ginkalkulo base sa HU range sang baga sang tawo (-600 tubtob -700). Ginpatihan nga ang bula isa ka simple nga sinagol nga hangin kag sintetiko nga alginate hydrogel. Gamit ang simple nga pagsulundan sa pagdugang sang indibidwal nga mga elemento \(\:\mu\:/\rho\:\), ang volume fraction sang hangin kag ang volume ratio sang gin-synthesize nga alginate hydrogel mahimo nga makalkulo.
Ang mga alginate hydrogel foams ginhanda gamit ang sodium alginate (Part No. W201502), CaCO3 (Part No. 795445, MW: 100.09), kag GDL (Part No. G4750, MW: 178.14) nga ginbakal gikan sa Sigma-Aldrich Company, St Louis Company, MO. Ang 70% Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES 70) ginbakal gikan sa Renowned Trading LLC. Ang deionized nga tubig gingamit sa proseso sang paghanda sang foam. Ang sodium alginate gintunaw sa deionized nga tubig sa temperatura sang kwarto nga may dalayon nga pag-uyog (600 rpm) tubtob nga ang isa ka homogenous nga yellow translucent nga solusyon nakuha. Ang CaCO3 nga gintingob sa GDL gingamit bilang Ca2+ nga ginhalinan sa pagsugod sang gelation. Ang SLES 70 gingamit bilang surfactant sa pagporma sang porous nga istruktura sa sulod sang hydrogel. Ang konsentrasyon sang alginate ginpadayon sa 5% kag ang Ca2+:-COOH molar ratio ginpadayon sa 0.18. Ang CaCO3:GDL molar ratio ginpadayon man sa 0.5 sa tion sang paghanda sang foam agud mapadayon ang neutral nga pH. Ang balor 26. 2% sa kadamuon sang SLES 70 ang gindugang sa tanan nga mga sample. Ang isa ka beaker nga may taklob gingamit sa pagkontrol sang ratio sang pagtimpla sang solusyon kag hangin. Ang kabug-usan nga kadamuon sang beaker 140 ml. Base sa mga resulta sang teoretikal nga kalkulasyon, ang nagkalainlain nga mga kadamuon sang sinagol (50 ml, 100 ml, 110 ml) gindugang sa beaker agud isagol sa hangin. Ang sample nga may 50 ml sang sinagol gindesinyo nga magsamo sa bastante nga hangin, samtang ang ratio sang kadamuon sang hangin sa duha pa ka sample ginkontrol. Una, ang SLES 70 gindugang sa solusyon sang alginate kag gin-uyog gamit ang electric stirrer tubtob nga nagsamo sing bug-os. Dayon, ang CaCO3 suspension gindugang sa sinagol kag padayon nga ginpukaw tubtob nga ang sinagol bug-os nga nasamo, sang ang kolor sini nagbag-o sa puti. Sa katapusan, ang GDL nga solusyon gindugang sa sinagol sa pagsugod sang gelation, kag ang mekanikal nga pag-uyog ginpadayon sa bug-os nga proseso. Para sa sample nga may 50 ml sang sinagol, ang mekanikal nga pag-uyog gin-untat sang ang kadamuon sang sinagol nag-untat sa pagbag-o. Para sa mga sample nga may 100 ml kag 110 ml sang sinagol, ang mekanikal nga pag-uyog gin-untat sang ang sinagol napuno sang beaker. Gintinguhaan man namon nga maghanda sang mga hydrogel foam nga may kadamuon sa tunga sang 50 ml kag 100 ml. Apang, ang pagkawalay kalig-on sang istruktura sang bula naobserbahan, samtang nagabag-obag-o ini sa tunga sang estado sang kompleto nga pagsamo sang hangin kag sang estado sang pagkontrol sang kadamuon sang hangin, nga nagresulta sa indi nagakaigo nga pagkontrol sang kadamuon. Ini nga pagkawalay kalig-unan nagdala sang walay kapat-uran sa mga kalkulasyon, kag busa ini nga kasangkaron sang kadamuon wala ginlakip sa sini nga pagtuon.
Ang densidad \(\:\rho\:\) sang isa ka hydrogel foam ginakalkulo paagi sa pagtakus sang masa \(\:m\) kag kadamuon \(\:V\) sang isa ka sample sang hydrogel foam.
Ang mga laragway sang optical microscopic sang mga hydrogel foam nakuha gamit ang Zeiss Axio Observer A1 camera. Ang ImageJ software gingamit sa pagkalkulo sang kadamuon kag kadakuon sang mga pores sa isa ka sample sa isa ka lugar base sa nakuha nga mga laragway. Ang pore nga porma giisip nga lingin.
Agod matun-an ang mga mekanikal nga kinaiya sang alginate hydrogel foams, ang uniaxial compression tests ginhimo gamit ang TESTRESOURCES 100 series machine. Ang mga sample gin-utod sa rektanggulo nga mga bloke kag ang mga sukol sang bloke gintakus sa pagkalkulo sang mga stress kag mga strain. Ang kadasigon sang crosshead ginbutang sa 10 mm/min. Tatlo ka sample ang gintestingan para sa tagsa ka sample kag ang mean kag standard deviation ginkalkulo gikan sa mga resulta. Ini nga pagtuon nagtutok sa mga kinaiya sang pag-ipit sang alginate hydrogel foams bangud ang tisyu sang baga ginapaidalom sa mga pwersa sang pag-ipit sa isa ka hugna sang siklo sang pagginhawa. Ang extensibility siyempre importante, ilabi na sa pagpakita sang bug-os nga dinamiko nga pamatasan sang tisyu sang baga kag ini paga-usisaon sa palaabuton nga mga pagtuon.
Ang ginhanda nga mga sample sang hydrogel foam gin-scan sa Siemens SOMATOM Drive dual-channel CT scanner. Ang mga parameter sa pag-scan ginbutang subong sang masunod: 40 mAs, 120 kVp kag 1 mm nga kadamulon sang hiwa. Ang resulta nga mga file sang DICOM gin-analisar gamit ang MicroDicom DICOM Viewer software sa pag-analisar sang mga balor sang HU sang 5 ka cross-sections sang tagsa ka sample. Ang mga balor sang HU nga nakuha sang CT ginkumparar sa mga kalkulasyon sa teoretikal base sa datos sang densidad sang mga sample.
Ang katuyuan sini nga pagtuon amo ang pagbag-o sang paghimo sang indibidwal nga mga modelo sang organo kag artipisyal nga biolohiko nga mga tisyu paagi sa pag-enhinyero sang mahumok nga mga materyales. Ang paghimo sang mga materyales nga may mekanikal kag radyolohiko nga mga kinaiya nga nagahisanto sa mga mekaniko sang pagtrabaho sang mga baga sang tawo importante para sa mga target nga aplikasyon pareho sang pagpauswag sang paghanas sa medisina, pagplano sa operasyon, kag pagplano sang radiation therapy. Sa Figure 1A, gin-plot namon ang diperensya sa tunga sang mekanikal kag radyolohikal nga mga kinaiya sang mahumok nga mga materyales nga ginapatihan nga gingamit sa paghimo sang mga modelo sang baga sang tawo. Tubtob subong, ang mga materyales nahimo nga nagapakita sang ginahandum nga mga kinaiya sa radyolohiya, apang ang ila mga kinaiya sa mekanikal wala nagatuman sang ginahandum nga mga kinahanglanon. Ang polyurethane foam kag goma amo ang pinakalapnag nga ginagamit nga mga materyales sa paghimo sang mga modelo sang baga sang tawo nga madali mabag-o. Ang mga mekanikal nga kinaiya sang polyurethane foam (Young's modulus, YM) kinaandan nga 10 tubtob 100 ka pilo nga mas daku sangsa normal nga tisyu sang baga sang tawo. Ang mga materyales nga nagapakita sang pareho nga ginahandum nga mekanikal kag radyolohiko nga mga kinaiya wala pa mahibal-an.
(A) Schematic nga representasyon sang mga kinaiya sang nagkalainlain nga mahumok nga mga materyales kag pagtandi sa baga sang tawo sa mga termino sang densidad, modulus ni Young kag mga kinaiya sang radyolohiya (sa HU). (B) X-ray diffraction pattern sang \(\:\mu\:/\rho\:\) alginate hydrogel nga may konsentrasyon nga 5% kag Ca2+:-COOH molar ratio nga 0.18. (C) Range sang mga ratio sang kadamuon sang hangin sa mga bula sang hydrogel. (D) Schematic nga representasyon sang alginate hydrogel foams nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin.
Ang elemental nga komposisyon sang alginate hydrogels nga may konsentrasyon nga 5% kag Ca2+:-COOH molar ratio nga 0.18 ginkalkulo, kag ang mga resulta ginapakita sa Table 3. Suno sa pagsulundan sa pagdugang sa nauna nga pormula (5), ang mass attenuation coefficient sang alginate hydrogel \(\:\:\:\:\:) subong sang makita sa Figure\\n. 1B.
Ang \(\:\mu\:/\rho\:\) nga mga balor para sa hangin kag tubig nakuha direkta gikan sa NIST 12612 nga mga sulundan nga reperensya nga database. Gani, ang Figure 1C nagapakita sang ginkalkulo nga mga ratio sang kadamuon sang hangin sa mga hydrogel foam nga may katumbas nga mga balor sang HU sa tunga sang -600 kag -700 para sa baga sang tawo. Ang teoretikal nga ginkalkulo nga ratio sang kadamuon sang hangin malig-on sa sulod sang 60–70% sa enerhiya nga range halin sa 1 × 10−3 tubtob 2 × 101 MeV, nga nagapakita sang maayo nga potensyal para sa aplikasyon sang hydrogel foam sa mga proseso sang paghimo sa idalom.
Ang Figure 1D nagapakita sang ginhanda nga alginate hydrogel foam sample. Ang tanan nga mga sample gin-utod sa mga cubes nga may kalabaon sang ukbong nga 12.7 mm. Ang mga resulta nagpakita nga ang isa ka homogenous, three-dimensionally stable hydrogel foam naporma. Bisan ano man ang ratio sang kadamuon sang hangin, wala sing daku nga kinatuhayan sa hitsura sang mga bula sang hydrogel ang naobserbahan. Ang self-sustaining nga kinaiya sang hydrogel foam nagapakita nga ang network nga naporma sa sulod sang hydrogel mabakod nga makasuporta sa kabug-aton sang foam mismo. Magluwas sa gamay nga pagtulo sang tubig gikan sa bula, ang bula nagpakita man sang umalagi nga kalig-on sa sulod sang pila ka semana.
Paagi sa pagtakus sang masa kag kadamuon sang sample sang bula, ang densidad sang ginhanda nga hydrogel foam \(\:\rho\:\) ginkalkulo, kag ang mga resulta ginapakita sa Table 4. Ang mga resulta nagapakita sang pagsalig sang \(\:\rho\:\) sa ratio sang kadamuon sang hangin. Kon ang bastante nga hangin ginsamo sa 50 ml sang sample, ang densidad mangin pinakamanubo kag 0.482 g/cm3. Samtang naganubo ang kadamuon sang ginsamo nga hangin, ang densidad nagadugang sa 0.685 g/cm3. Ang pinakamataas nga p value sa tunga sang mga grupo sang 50 ml, 100 ml kag 110 ml amo ang 0.004 < 0.05, nga nagapakita sang statistical significance sang mga resulta.
Ang teoretikal nga \(\:\rho\:\) nga balor ginakalkulo man gamit ang kontrolado nga ratio sang kadamuon sang hangin. Ang gintakus nga mga resulta nagapakita nga ang \(\:\rho\:\) 0.1 g/cm3 nga mas gamay sangsa teoretikal nga balor. Ini nga kinatuhayan mahimo mapaathag sang internal nga stress nga ginatuga sa hydrogel sa tion sang proseso sang gelation, nga nagatuga sang paghubag kag gani nagadul-ong sa pagnubo sang \(\:\rho\:\). Dugang pa ini nga ginpamatud-an sang pag-obserbar sang pila ka mga kal-ang sa sulod sang hydrogel foam sa mga laragway sang CT nga ginapakita sa Figure 2 (A, B kag C).
Mga laragway sang optical microscopy sang mga hydrogel foam nga may lainlain nga kaundan sang kadamuon sang hangin (A) 50, (B) 100, kag (C) 110. Mga numero sang selula kag distribusyon sang kadakuon sang buho sa mga sample sang alginate hydrogel foam (D) 50, (E) 100, (F) 110.
Ang Figure 3 (A, B, C) nagapakita sang mga laragway sang optical microscope sang mga sample sang hydrogel foam nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin. Ang mga resulta nagapakita sang optical nga istruktura sang hydrogel foam, nga maathag nga nagapakita sang mga laragway sang mga pores nga may lainlain nga diametro. Ang distribusyon sang numero sang buho kag diametro ginkalkulo gamit ang ImageJ. Anum ka mga laragway ang ginkuha para sa tagsa ka sample, ang tagsa ka laragway may kadakuon nga 1125.27 μm × 843.96 μm, kag ang kabug-usan nga gin-analisar nga lugar para sa tagsa ka sample amo ang 5.7 mm2.
(A) Ang compressive stress-strain nga pamatasan sang alginate hydrogel foams nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin. (B) Pag-igo sang eksponensial. (C) Pag-ipit E0 sang mga bula sang hydrogel nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin. (D) Ultimate compressive stress kag strain sang alginate hydrogel foams nga may lainlain nga air volume ratios.
Ang Figure 3 (D, E, F) nagapakita nga ang distribusyon sang kadakuon sang buho medyo uniporme, halin sa napulo ka mikrometro tubtob sa mga 500 ka mikrometro. Ang kadakuon sang buho pareho lang, kag naganubo ini sing diutay samtang naganubo ang kadamuon sang hangin. Suno sa datos sang pagtilaw, ang average nga kadakuon sang buho sang 50 ml nga sample amo ang 192.16 μm, ang median amo ang 184.51 μm, kag ang kadamuon sang mga buho kada yunit nga lugar amo ang 103; ang average nga kadakuon sang pores sang 100 ml nga sample amo ang 156.62 μm, ang median amo ang 151.07 μm, kag ang kadamuon sang mga pores kada unit area amo ang 109; ang katumbas nga mga balor sang 110 ml nga sample amo ang 163.07 μm, 150.29 μm kag 115, sa magkatuhay. Ang datos nagapakita nga ang mas dalagku nga mga buho may mas daku nga impluwensya sa mga resulta sang estadistika sang average nga kadakuon sang buho, kag ang median nga kadakuon sang buho mas maayo nga nagapakita sang pagbag-o nga huyog sang kadakuon sang buho. Samtang ang kadamuon sang sample nagadugang halin sa 50 ml pakadto sa 110 ml, ang kadamuon sang mga buho nagadugang man. Kon tingbon ang mga resulta sang estadistika sang median nga diametro sang buho kag numero sang buho, mahimo nga mahinakop nga sa pagdugang sang kadamuon, mas madamo nga mga buho nga may mas gamay nga kadakuon ang naporma sa sulod sang sample.
Ang datos sang mekanikal nga pagtilaw makita sa mga Figure 4A kag 4D. Ang Figure 4A nagapakita sang compressive stress-strain nga pamatasan sang ginhanda nga mga hydrogel foam nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin. Ang mga resulta nagapakita nga ang tanan nga mga sample may pareho nga nonlinear stress-strain nga pamatasan. Para sa tagsa ka sample, ang stress nagadugang sing madasig samtang nagadugang ang strain. Ang isa ka eksponensial nga kurba gin-igo sa compressive stress-strain nga pamatasan sang hydrogel foam. Ang Figure 4B nagapakita sang mga resulta pagkatapos nga gin-apply ang exponential function bilang isa ka modelo nga ginabanta sa hydrogel foam.
Para sa mga hydrogel foam nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin, ang ila compressive modulus (E0) gintun-an man. Pareho sa pag-analisar sang mga hydrogel, ang compressive Young's modulus gin-usisa sa 20% nga una nga strain. Ang mga resulta sang mga pagtilaw sa pag-compress makita sa Figure 4C. Ang mga resulta sa Figure 4C nagapakita nga samtang ang ratio sang kadamuon sang hangin naganubo gikan sa sample 50 pakadto sa sample 110, ang compressive Young's modulus E0 sang alginate hydrogel foam nagadugang gikan sa 10.86 kPa pakadto sa 18 kPa.
Sing kaanggid, ang kompleto nga mga kurba sang stress-strain sang mga hydrogel foam, subong man ang katapusan nga mga bili sang compressive stress kag strain, nakuha. Ang Figure 4D nagapakita sang katapusan nga compressive stress kag strain sang alginate hydrogel foams. Ang tagsa ka punto sang datos amo ang promedyo sang tatlo ka resulta sang pagtilaw. Ang mga resulta nagapakita nga ang katapusan nga compressive stress nagadugang gikan sa 9.84 kPa pakadto sa 17.58 kPa nga may pagnubo sang kaundan sang gas. Ang katapusan nga strain nagapabilin nga malig-on sa mga 38%.
Ang Figure 2 (A, B, kag C) nagapakita sang mga laragway sang CT sang mga hydrogel foam nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin nga katumbas sa mga sample 50, 100, kag 110, sa magkatuhay. Ang mga laragway nagapakita nga ang naporma nga hydrogel foam halos pareho. Ang diutay nga kadamuon sang mga kal-ang naobserbahan sa mga sample 100 kag 110. Ang pagporma sining mga kal-ang mahimo nga bangod sang internal nga kahuol nga natuga sa hydrogel sa tion sang proseso sang gelation. Ginkalkulo namon ang mga balor sang HU para sa 5 ka cross sections sang tagsa ka sample kag ginlista ini sa Table 5 upod ang katumbas nga mga resulta sang teoretikal nga kalkulasyon.
Ang Table 5 nagapakita nga ang mga sample nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin nakakuha sang lainlain nga mga bili sang HU. Ang pinakamataas nga p value sa tunga sang 50 ml, 100 ml kag 110 ml nga mga grupo amo ang 0.004 < 0.05, nga nagapakita sang statistical significance sang mga resulta. Sa tatlo ka mga sample nga gintestingan, ang sample nga may 50 ml nga sinagol may yara sang radiological properties nga pinakamalapit sa mga baga sang tawo. Ang katapusan nga kolum sang Table 5 amo ang resulta nga nakuha paagi sa teoretikal nga kalkulasyon base sa gintakus nga bili sang bula \(\:\rho\:\). Paagi sa pagkumparar sang gintakus nga datos sa mga resulta sang teoretikal, makita nga ang mga balor sang HU nga nakuha paagi sa CT scanning sa pangkabilugan malapit sa mga resulta sang teoretikal, nga sa baylo nagapamatuod sang mga resulta sang pagkalkulo sang ratio sang kadamuon sang hangin sa Figure 1C.
Ang panguna nga katuyuan sini nga pagtuon amo ang paghimo sang isa ka materyal nga may mekanikal kag radyolohiko nga mga kinaiya nga kaanggid sa mga baga sang tawo. Ini nga katuyuan natigayon paagi sa paghimo sang isa ka materyal nga nakabase sa hydrogel nga may ginpasibu nga mga mekanikal kag radyolohikal nga mga kinaiya nga katumbas sa tisyu nga malapit sa mga baga sang tawo. Sa pagtuytoy sang teoretikal nga mga kalkulasyon, ang mga hydrogel foam nga may lainlain nga mga ratio sang kadamuon sang hangin ginhanda paagi sa mekanikal nga pagsamo sang sodium alginate solution, CaCO3, GDL kag SLES 70. Ang pag-analisar sang morpolohiya nagpakita nga ang isa ka homogenous three-dimensional stable hydrogel foam naporma. Paagi sa pagbag-o sang ratio sang kadamuon sang hangin, ang densidad kag porosity sang foam mahimo nga magbag-o suno sa luyag. Sa pagdugang sang kaundan sang kadamuon sang hangin, ang kadakuon sang mga buho naganubo sing diutay kag ang kadamuon sang mga buho nagadamo. Ang mga pagtilaw sa pag-compress ginhimo sa pag-analisar sang mga mekanikal nga kinaiya sang alginate hydrogel foams. Ang mga resulta nagpakita nga ang compressive modulus (E0) nga nakuha gikan sa mga pagtilaw sa pag-compress yara sa pinakamaayo nga range para sa mga baga sang tawo. Ang E0 nagadugang samtang ang ratio sang kadamuon sang hangin naganubo. Ang mga balor sang mga kinaiya sang radyolohiya (HU) sang ginhanda nga mga sample nakuha base sa CT data sang mga sample kag ginkumparar sa mga resulta sang teoretikal nga mga kalkulasyon. Paborable ang mga resulta. Ang gintakus nga balor malapit man sa HU nga balor sang mga baga sang tawo. Ang mga resulta nagapakita nga posible nga makahimo sang mga bula sang hydrogel nga nagailog sa tisyu nga may isa ka maayo nga kombinasyon sang mga kinaiya sang mekanikal kag radyolohiya nga nagailog sang mga kinaiya sang mga baga sang tawo.
Bisan pa sang makapasalig nga mga resulta, ang karon nga mga pamaagi sa paghimo kinahanglan nga pauswagon agud mas makontrol ang ratio sang kadamuon sang hangin kag porosity agud magsanto sa mga panagna gikan sa teoretikal nga mga kalkulasyon kag matuod nga mga baga sang tawo sa pareho nga pangkalibutanon kag lokal nga mga timbangan. Ang karon nga pagtuon limitado man sa pagtilaw sang mga mekaniko sang pag-ipit, nga nagalimite sang potensyal nga aplikasyon sang phantom sa hugna sang pag-ipit sang siklo sang pagginhawa. Ang palaabuton nga pagpanalawsaw makabenepisyo gikan sa pag-usisa sang tensile testing subong man ang kabug-usan nga mekanikal nga kalig-on sang materyal sa pag-usisa sang mga posible nga aplikasyon sa idalom sang dinamiko nga mga kondisyon sang pagkarga. Bisan pa sa sini nga mga limitasyon, ang pagtuon nagamarka sang una nga madinalag-on nga pagtinguha sa pagtingob sang mga kinaiya sa radyolohiya kag mekanikal sa isa ka materyal nga nagailog sa baga sang tawo.
Ang mga dataset nga nahimo kag/ukon gin-analisar sa tion sang karon nga pagtuon matigayon gikan sa katumbas nga tagsulat sa makatarunganon nga pangabay. Ang mga eksperimento kag mga dataset mahimo nga maliwat.
Song, G., kag iban pa. Mga bag-o nga nanoteknolohiya kag mga abanse nga materyales para sa radiation therapy sa kanser. Adv. Mater. 29, 1700996. https://doi.org/10.1002/adma.201700996 (2017).
Patya, PJ, kag iban pa. Report sang AAPM 76a Task Force sa Respiratory Motion Management sa Radiation Oncology. Med. Phys. 33, 3874–3900. https://doi.org/10.1118/1.2349696 (2006).
Al-Maya, A., Moseley, J., kag Brock, KK Pagmodelo sang interface kag materyal nga mga nonlinearities sa baga sang tawo. Pisika kag Medisina kag Biolohiya 53, 305–317. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/1/022 (2008).
Wang, X., et al. Ang modelo sang kanser sa baga nga daw tumor nga ginhimo sang 3D bioprinting. 3. Bioteknolohiya. 8 https://doi.org/10.1007/s13205-018-1519-1 (2018).
Lee, M., et al. Pagmodelo sang deformation sang baga: isa ka pamaagi nga nagatingob sang mga teknik sa pagrehistro sang deformable nga laragway kag nagabag-obag-o nga pagbanta sang Young's modulus. Med. Phys. 40, 081902. https://doi.org/10.1118/1.4812419 (2013).
Guimarães, CF et al. Ang katig-a sang buhi nga tisyu kag ang mga implikasyon sini sa enhinyero sang tisyu. Nature Reviews Materials and Environment 5, 351–370 (2020).