了解生物材料的变形机制对于改进诊断和治疗、机械生物学的基础研究以及组织工程的应用非常重要。在这里，我们证明了间质液流动性在确定软组织机械性能方面的重要作用。与多孔弹性材料的预期行为相反，观察到不同胶原膜的组织体积随着拉伸载荷的增加而急剧减小。逆孔隙弹性控制软生物膜的单调和循环响应，并引起化学机械耦合，使得拉力由间质液的化学势调节。相应地，渗透压随机械负荷变化，从而为机械传导提供了有效的机制。水的流动性决定了组织通过胶原纤维网络的压缩和扩张来适应变形的能力。在缺陷的近场中，这种机制激活了增强胶原结构的可逆形成，从而有效地避免了裂纹的扩展。
这篇文章的核心内容是关于生物力学和机械生物学中逆向孔弹性（inverse poroelasticity）作为一种基本机制的研究。以下是文章的主要要点：
作者和机构：Alexander E. Ehret等人，来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）。
研究背景：理解生物材料变形机制对于改善诊断和治疗、基础机械生物学研究以及组织工程应用至关重要。
主要发现：
-
与孔弹性材料的行为相反，不同胶原膜的组织体积在受到拉伸载荷时显著减小。
-
逆向孔弹性控制着软生物膜的单调和循环响应，并引起化学-机械耦合，即拉伸力受到间质液化学势的调节。
-
相应的渗透压随机械载荷变化，从而为机械转导提供了有效机制。
-
水的流动性决定了组织通过胶原纤维网络的压实和膨胀适应变形的能力。
-
在缺陷近场中，这种机制激活了胶原结构的可逆形成，有效避免了裂纹的扩展。
研究方法：
-
使用宏观测试和多光子显微镜（MPM）对人类羊膜（hAM）、牛肝（Glisson’s）胶囊（bGC）和猪心包（pPC）进行单轴和双轴拉伸实验。
-
通过实验观察了组织在拉伸下的体积变化、化学-机械耦合响应以及胶原纤维网络的运动学。
-
结论：
-
逆向孔弹性和胶原纤维网络的压实与膨胀为软组织提供了独特的机械特性，如对适度拉伸的高顺应性和对更大非生理变形的强烈抵抗。
-
这些发现对于软生物组织的生物力学和机械生物学具有深远的影响。
图1:软胶原膜的体积变化。
