[论文解读] Brillouin microscopy, what is it really measuring?

Pei-Jung Wu, Irina V. Kabakova+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2017

Cellular Mechanics and Interactions参考文献 6被引用 61

一句话总结

布里渊显微镜测量压缩性而非刚度；在水合材料中的信号由水分含量主导，而非机械刚度。当水合作用变化时，才会出现与刚度的相关性。

ABSTRACT

Brillouin microscopy measures compressibility, but is being increasingly used to assess stiffness of cells and tissues. Using hydrogels with tunable properties, we demonstrate that Brillouin microscopy is insensitive to stiffness of hydrated materials, but depends strongly on water content, consistent with a theoretical model of biphasic compressibility. Empirical correlations between Brillouin measurements and stiffness arise due to their mutual dependence on water content, but correlations vanish once hydration is controlled.

研究动机与目标

• 澄清布里渊显微镜在水合材料中真正测量的是什么。
• 研究布里渊信号对水含量与机械刚度的依赖关系。
• 演示水化控制如何将布里渊测量与刚度分离。
• 提供一个将布里渊响应与水含量联系起来的理论模型。

提出的方法

• 使用可调属性的水凝胶来测试对刚度和水合的敏感性。
• 经验性地将布里渊测量与水含量及力学性质相关联。
• 开发一个双相可压缩性模型来解释布里渊数据。
• 显示通过控制水合可以消除布里渊与刚度的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在水合系统中，布里渊显微是否反映材料刚度还是可压缩性？
• RQ2 水含量如何影响布里渊频移？
• RQ3 在保持水合恒定时，布里渊测量与刚度之间的相关性是否仍然存在？
• RQ4 双相模型是否能解释水合材料中的布里渊信号？

主要发现

• 在水合材料中，布里渊显微对刚度不敏感。
• 布里渊信号强烈依赖水含量。
• 布里渊测量与刚度之间的经验相关性来自对水含量共同的依赖。
• 当水合被控制时，布里渊测量不再与刚度相关。