自从1960年代初出现生物相容性水凝胶以来，这些材料就引起了生物材料研究人员的极大兴趣。如今，各种水凝胶被广泛用于生物医学应用中，包括隐形眼镜，人造伤口敷料，释放控制药物产品的增稠和稳定剂以及小分子和蛋白质的药物输送。水凝胶也越来越多地用于2D和3D细胞培养系统，因为它们可以模拟生命组织的机械环境。

由于藻酸盐凝胶的高孔隙率，本质上较低的蛋白质吸附特性，化学适应性以及缺乏与哺乳动物细胞表面受体结合的配体，特别可以被用于许多上述应用。依赖于多价离子的胶凝过程可以直接形成扁平凝胶，但更有趣的是球形颗粒也可以形成。此类颗粒可用于掺入和输送药物，蛋白质以及生物医学应用的细胞。取决于应用，藻酸盐凝胶的孔隙率和机械性能起着重要作用。因此，需要详细表征这些参数，即不仅揭示这种凝胶的总体弹性，而且揭示其弹性的均匀性。

这里我们使用原子力显微镜Nanosurf Flex-ANA系统来研究用于细胞培养的扁平藻酸盐凝胶的弹性。在不同分辨率下对凝胶的不同区域的分析揭示了凝胶不管在宏观水平还是在微观水平上都显示着空间异质性。此外，基于力曲线的弹性测量也揭示了关于样品多孔性的初步信息。

藻酸盐样品的光学图像覆盖在不同区域测量的弹性模量和不同点弹性模量的盒须图

(A) 样品的光学图像。黑色线条表示玻璃支撑凝胶的边界。彩色方块对应于在藻酸盐凝胶上的21个不同点(40 × 40 µm² 面积)处测量的中值弹性模量。中值弹性模量在~ 500kpa ~ 4mpa之间变化。在单点区域内，弹性模量也有相当大的展开幅度。盒须图(B)表示了弹性模量在每个测量点内的分布。B图中所示的方框表示25%到75%，而须表示10%和90%。B图中的绿色条表示每个点的弹性模量中值。与中值相比，平均弹性模量(蓝色菱形)向更高值的偏移强调了向更高值的弹性模量分布的拖尾。A图中正方形旁边的数字对应于盒须图中的点编号。

两个不同大小区域的弹性模量(A&C)和高度图(B&D)。色条对应于模量图(A&C)的6.2 MPa和高度图(B&D)的400 nm。

记录在 5 × 5 µm² (A和B)和2 × 2 µm² 区域 (C和D)的力图显示了每个区域（A和C）内的局部弹性模量变化以及样品的零力高度（ B和D）(它对应于未受力干扰的样品形貌）。弹性模量图在亚微米尺度上表现出相当大的弹性模量局部差异。高度图表明样品孔隙度不均匀。 弹性模量对比度与样品形貌无关。

所有测量均在含有300 mosmol CaCl₂的水溶液中使用Nanosensors qp-CONT悬臂进行，标称弹簧常数为0.1N / m。利用Flex-ANA软件包获取每个点的2500条力距曲线，再利用Sneddon模型进行分析。