[发明专利]生物微支架硬度可视化方法、系统、电子设备及存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种生物微支架硬度可视化方法、系统、电子设备及存储介质，涉及生物组织构造技术领域，所述方法包括如下步骤：对获取的参考光和透过目标物的物光叠加形成的全息图进行数字采样，获得数字全息图；对所述数字全息图进行变换和滤波获得频谱图；根据获得的所述频谱图计算获得包裹相位；对包裹相位进行解包裹处理获得目标物的折射率；根据目标物的折射率与杨氏模量之间的映射关系获得目标物的硬度，本发明提供的方法根据目标物的局部折射率与其自身的交联网络密度的关系，建立局部刚度与折射率之间的映射关系。通过观察结构折射率的变化，实现实时刚度的间接可视化和采样，从而实现对细胞微支架硬度的实时观测。

技术领域

本发明涉及生物组织构造技术领域，具体涉及一种生物微支架硬度可视化方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

细胞外基质(ECM)作为生物组织的重要组成部分，为细胞群的生命行为提供了重要的机械支持环境。通常不同人体组织的机械硬度范围跨度很大。根据测量，前列腺组织的杨氏模量约为90kPa，而乳腺组织的杨氏模量仅为8.1kPa。不同组织的不同的机械硬度可以诱导细胞群的不同生理表达(如分泌和相互作用)，从而在宏观尺度上表现出不同的生物学功能。此外，单个组织内局部微尺度区域之间细微的刚度变化也会导致细胞层面的行为差异。例如，小鼠成纤维细胞(3T3细胞)可以从软区域迁移到刚性区域，神经元在较软的底物上突触分支更多。因此，在设计ECM时，不仅需要能够在大跨度内调节机械硬度，同时也需要精确控制硬度的梯度变化。

生物相容性聚合物(如紫外光可固化水凝胶)经常用于在体外设计仿生细胞外基质。因此，出现了3D生物打印技术，例如3D激光光刻、光模图案和数字光处理技术(DLP)。这些生物打印技术主要着重于打印形状的优化，并且目前已经在形貌上精确再现天然组织的3D形态方面取得了突破性进展。

然而，由于缺乏有效实时检测机械硬度的能力，在微观尺度下动态调制仿生ECM的机械性能仍然是一个巨大的挑战。原子力显微镜(AFM)作为机械测量工具，可以灵活地确定细胞和其他生物材料的机械性能，其测量精度取决于纳米压痕的大小。然而，AFM作为一种复杂的设备，很难与现有的3D生物打印系统相结合，以便在ECM制造过程中实时获得杨氏模量的数据作为反馈，以调节其微观尺度下的机械性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种生物微支架硬度可视化方法、系统、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中生活打印过程中无法实时观测生物组织的硬度情况从而做出适当调整的问题。

为实现上述目的，通过五个方面进一步阐述本发明实施例的内容：

第一方面，提供了一种生物微支架硬度可视化方法，所述方法包括如下步骤：

对获取的参考光和透过目标物的物光叠加形成的全息图进行数字采样，获得数字全息图；

对所述数字全息图进行变换和滤波获得频谱图；

根据获得的所述频谱图计算获得包裹相位；

对包裹相位进行解包裹处理获得目标物的折射率；

根据目标物的折射率与杨氏模量之间的映射关系获得目标物的硬度。

结合第一方面，对获取的参考光和透过目标物的物光叠加形成的全息图进行数字采样，获得数字全息图的方法包括如下步骤；

分别获取参考光和物光，其中，物光和参考光是具有相同方向的偏振光，物光和参考光叠加后产生光的干涉；

将参考光和物光进行叠加获得全息图；

通过光电转换器对全息图进行数字采样，获得数字全息图。

结合第一方面，对所述数字全息图进行变换和滤波获得频谱图的方法包括如下步骤：

对数字全息图进行傅里叶变换获得频谱图；