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摘要 我们开发了一种分析填充粒子的工具，以应对颗粒生物材料日益流行的趋势。颗粒水凝胶，包括微孔退火粒子 (MAP) 支架，是一类用于治疗应用的材料，因为它们具有独特的性质，包括粒子之间的微孔隙度。颗粒材料的微观结构很难研究，这导致该领域的许多人报告不可靠的空隙体积分数度量和/或 2D 切片近似“孔径”作为空隙空间的唯一特征。为此，我们创建了 LOVAMAP，这是一款定制软件，它结合了计算几何和图论技术，将空隙空间分割成 3-D 孔隙，这是开放空间的自然口袋。LOVAMAP 的 44 个支架特征为用户提供了描述支架内部和入口的定量概况。我们视觉丰富的输出解决了诸如空隙大小、形状、连通性、路径、各向同性/各向异性、配体可用性以及渗透/迁移限制等主题。使用 LOVAMAP，我们研究了 60 种不同类型的颗粒支架，包括具有相应细胞数据的真实 MAP 支架。我们使用高维分析来表明，我们软件的输出数据可用于对 3-D 孔隙类型进行分类，以及通过生成数字“指纹”来表征整个支架。结合细胞数据，LOVAMAP 揭示了神经球形成与支架空隙几何形状之间的关系。LOVAMAP 是一种支持技术，广泛应用于颗粒生物材料研究以及研究颗粒材料的所有领域。背景由于颗粒生物材料越来越受欢迎，填充颗粒及其周围的空隙（间隙空间、孔隙空间）是一个热门研究课题。颗粒材料在许多应用领域都很有吸引力，包括可注射组织模拟物和 3D 生物打印，因为它们具有独特的属性，例如剪切稀化行为、增加的材料表面积以及离散异质性的选项 1,2。由水凝胶微粒（微凝胶）制成的颗粒材料已用于促进多种疾病模型中的伤口愈合，包括中风 3、心肌梗死 4、皮肤伤口 5 和脊髓损伤 6。当微凝胶堆积在一起时，它们形成一种称为颗粒支架的 3D 结构，当颗粒支架的微凝胶连接在一起时，所得到的稳定结构称为微孔退火颗粒 (MAP) 支架 7。堆积的微凝胶在整个支架中形成空隙空间微孔，从而使细胞在颗粒之间畅通无阻地浸润和迁移。许多研究支持局部几何形状影响细胞行为的观点 8-13 ，并且在颗粒支架中，细胞感知到的局部几何形状是空隙空间的微观结构。因此，我们的目标是了解颗粒支架的内部几何形状，以改进材料设计。在生物材料领域，使用二维显微镜图像近似的孔隙率是最常见的支架空隙空间量化方法。孔隙率通常报告为孔隙体积分数或二维“孔”长度测量值的分布。我们之前已经揭示了报告孔隙率的这种近似值的细微差别 14 ，我们认为空隙体积分数和二维孔隙近似值不足以作为独立指标，因为它们忽略了三维空隙空间局部口袋中的复杂性和几何多样性。其他领域（数学、物理、地球科学、化学、农业等）对堆积颗粒进行了广泛的研究，而没有考虑空隙空间几何形状如何影响细胞的行为。研究通常侧重于粒子本身，其中已经开发出方法来识别粒子边界 15-17 或构建接触粒子的图形以研究粒子连通性、填充配置和应力链 18-23 。然而，这些结果未能表征空隙空间。一些以粒子为中心的研究包括有关空隙空间的信息，
填充颗粒的空隙空间和支架分析
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