نقدم مجموعة من التقنيات لتوصيف الخصائص الميكانيكية اللزجة المرنة للدماغ على المقاييس الدقيقة والمتوسطة والكبيرة.
مقالة منهجية
نقدم مجموعة من التقنيات لتوصيف الخصائص الميكانيكية اللزجة المرنة للدماغ على المقاييس الدقيقة والمتوسطة والكبيرة.
لتصميم ومهندس المواد مستوحاة من خصائص الدماغ، سواء كان ذلك لالمحاكاة الآلية أو في دراسات تجديد الأنسجة، وأنسجة المخ نفسها يجب أن يتسم جيدا في طول ووقت مختلف المستويات. مثل العديد من الأنسجة البيولوجية، أنسجة المخ المعارض لذلك، بنية هرمية معقدة. ومع ذلك، وعلى النقيض من معظم الأنسجة الأخرى، والدماغ هو من صلابة ميكانيكية منخفضة جدا، مع الرجوعية E يونغ مرنة بناء على أمر من 100s من السلطة الفلسطينية. هذا صلابة منخفضة يمكن أن تشكل تحديات لتوصيف التجريبية من الخواص الميكانيكية الرئيسية. هنا، علينا أن نظهر العديد من التقنيات توصيف الميكانيكية التي تم تكييفها لقياس خصائص المرونة واللزجة من المواد المائية، ومتوافقة البيولوجية مثل أنسجة المخ، في جداول طول مختلفة ومعدلات التحميل. في الميكروسكيل، ونحن إجراء زحف الامتثال والتنفيذ الاسترخاء التجارب باستخدام القوة الذرية المسافة البادئة تمكين المجهر. في mesosكال، ونحن أداء التجارب المسافة البادئة تأثير باستخدام إندينتر المجهزة القائم على البندول. في macroscale، ونحن إجراء مواز لوحة rheometry لقياس التردد يعتمد القص الرجوعية المرنة. نحن أيضا مناقشة التحديات والقيود المرتبطة بكل طريقة. معا هذه التقنيات تمكن توصيف الميكانيكية للأنسجة المخ والتي يمكن استخدامها لفهم أفضل للبنية الدماغ وهندسة المواد مستوحاة من الحيوية في العمق.
معظم ما الأنسجة الرخوة التي تضم أجهزة البيولوجية هي ميكانيكيا ومعقدة من الناحية الهيكلية، من صلابة منخفضة مقارنة مع العظام المعدنية أو المواد الهندسية، ويحمل غير الخطية والتي تعتمد على الوقت تشوه. مقارنة مع الأنسجة الأخرى في الجسم، وأنسجة المخ متوافقة بشكل ملحوظ، مع الرجوعية E مرنة بناء على أمر من 100s من السلطة الفلسطينية 1. أنسجة المخ المعارض التجانس الهيكلي مع الرمادي متميزة وinterdigitated والمناطق المادة البيضاء التي تختلف أيضا وظيفيا. سيساعد فهم الميكانيكا أنسجة المخ في تصميم المواد والنماذج الحسابية لتقليد استجابة من الدماغ أثناء الإصابة، وتسهيل التنبؤ الأضرار الميكانيكية، وتمكين الهندسة استراتيجيات وقائية. بالإضافة إلى ذلك، هذه المعلومات يمكن استخدامها للنظر في أهداف التصميم لتجديد الأنسجة، وإلى فهم أفضل للتغيرات الهيكلية في أنسجة المخ التي ترتبط مع أمراض مثل التصلب المتعدد ومرض التوحد. Hيحرث، نحن وصف وشرح العديد من المقاربات التجريبية المتوفرة لتوصيف خصائص اللزجة من الأنسجة المتوافقة ميكانيكيا بما في ذلك أنسجة المخ، في الصغرى، meso-، وجداول الماكرو.
في الميكروسكيل، أجرينا زحف الامتثال واجبار التجارب الاسترخاء باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM) المسافة البادئة تعمل بتقنية. عادة، يتم استخدام المسافة البادئة تمكين AFM لتقدير معامل المرونة (أو تصلب لحظية) من عينة 2-4. ومع ذلك، فإن الصك نفسه يمكن أن تستخدم أيضا لقياس اللزجة الميكروسكيل خصائص (زمنية أو التي تعتمد على معدل) 5-10. مبدأ هذه التجارب، كما هو موضح في الشكل رقم 1، هو البادئة فؤاد الكابولي التحقيق في أنسجة المخ، والحفاظ على حجم معين من القوة أو عمق المسافة البادئة، وقياس التغيرات المقابلة في عمق المسافة البادئة وقوة، على التوالي، مع مرور الوقت. باستخدام هذه البيانات، يمكننا حساب شركات زحفliance جي سي والاسترخاء معامل G R، على التوالي.
في النطاق المتوسط، أجرينا تجارب المسافة البادئة تأثير في ظروف مغمورة السوائل التي تحافظ على بنية الأنسجة ومستويات الترطيب، وذلك باستخدام nanoindenter المجهزة القائم على البندول. ويتضح من الإعداد التجريبية في الشكل 2. كما يتأرجح البندول في اتصال مع الأنسجة، والتحقيق يتم تسجيل النزوح بوصفها وظيفة من الوقت حتى يأتي البندول تتأرجح للراحة داخل الأنسجة. من الناتج ثبط الحركة التذبذبية التوافقي لجنة التحقيق، يمكننا حساب أقصى عمق الاختراق س كحد أقصى، وتبديد الطاقة قدرة K، وعامل الجودة تبديد Q (التي تتعلق معدل تبديد الطاقة) من الأنسجة 11،12.
في macroscale، استخدمنا لوحة مقياس غلفاني مواز لقياس تردد القص تعتمد الرجوعية المرنة،وصف تخزين معامل G 'وفقدان معامل G "، من الأنسجة. في هذا النوع من rheometry، ونحن نطبق سلالة الزاوي التوافقي (وسلالة القص المقابلة) في سعة المعروفة والترددات وقياس عزم الدوران reactional (وإجهاد القص المقابلة) ، كما هو مبين في الشكل (3). من الناتج السعة ومرحلة متخلفة من عزم الدوران قياس والمتغيرات الهندسية للنظام، يمكننا حساب G 'وG "على ترددات التطبيقية التي تهم 13،14.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
بيان الأخلاق: تمت الموافقة على جميع البروتوكولات التجريبية من قبل لجنة البحوث الحيوانية من مستشفى بوسطن للأطفال ويتوافق مع المعاهد الوطنية للصحة الدليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية.
1. ماوس الدماغ إجراءات الأنسجة شراء (للتسنن تمكين AFM والمسافة البادئة الأثر)
2. خنزير الدماغ إجراءات الأنسجة شراء (لالريولوجيا)
3. القوة الذرية مجهر تمكين المسافة البادئة
من البيانات على موقف ناتئ ض، انحراف د، وثابت الربيع، ك ج
و
.
،
:
. 4. تأثير المسافة البادئة
5. دراسة الخواص الانسيابية
، ومرحلة متخلفةالمعادلة 1 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 54201 / 54201eq9.jpg "/>، استجابة عينة لسلالة متذبذبة التطبيقية (الشكل 3): 

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويبين الشكل 4 المسافة البادئة التمثيلية وقوة مقابل الردود الوقت (الشكل 4B، E) للامتثال زحف ويجبر التجارب الاسترخاء، نظرا لقوة التطبيقية أو تسنن عمق (الشكل 4A، D)، على التوالي. باستخدام هذه البيانات وهندسة النظام، وJ الامتثال زحف ج (ر)، وإجبار الاسترخاء الرجوعية G R (ر) يمكن أن تحسب لمناطق مختلفة من الدماغ (الشكل 4C، F). في حين أن دراسات سابقة...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
كل تقنية الواردة في هذه الورقة يقيس جوانب مختلفة من الخصائص الميكانيكية أنسجة الدماغ. الامتثال زحف والإجهاد الاسترخاء الرجوعية هي مقياس الخواص الميكانيكية تعتمد على الوقت. تمثل التخزين وفقدان الرجوعية الخواص الميكانيكية التي تعتمد على معدل. كما يقيس المسافة البادئة تأثير الخواص الميكانيكية التي تعتمد على معدل، ولكن في سياق تبديد الطاقة. عندما تميز الخواص الميكانيكية النسيج، وتستخدم كل من المسافة البادئة تمكين AFM والريولوجيا عادة الأساليب. المسافة البادئة تمكين AFM مفيدة بشكل خاص ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
نقر بدعم هذا العمل من قبل الجمعية الوطنية للتصلب المتعدد ومركز سيمونز للدماغ الاجتماعي. تعترف BQ بالدعم المقدم من برنامج زمالة الدراسات العليا للعلوم والهندسة في الدفاع الوطني الأمريكي.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Xylazine | Lloyd | المختبر عقار | |
| الكيتامين | AnaSed الحقن | الوصف المخدرات | |
| الاهتزاز (الميكروتوم الشفرة الاهتزازية) | Leica | VT1200 | |
| Hibernate-A Medium | Gibco | A1247501 | CO2< / sub> الوسط العصبي المستقل للأنسجة البالغة |
| مجهر القوة الذرية ، MFP-3D-BIO | Asylum | Research-Petri | |
| Dish | Heater Asylum | Research-AFM | |
| Probe, 0.03 N / m, 10 ومايكرو. م دائرة نصف قطرها البورسليكات | نوفاسكان | PT. يمكن استخدام GS | |
| Cell-Tak | Corning | 354240 | حيوي مشتق من بلح |
| بيكربونات الصوديوم | سيجما-ألدريتش | S5761 | الموردين البديلين |
| هيدروكسيد الصوديوم ، يمكن استخدام الموردين | البديلين | 1 N Sigma-Aldrich | 59223C |
| المسافة البادئة الآلية ، NanoTest Vantage | Micro Materials Ltd. | - | يجب تشكيل طرف المسبار (لكمة فولاذية مسطحة ، 1 & nbsp ؛ قطر مم ، 4-5 & nbsp ؛ طول مم) |
| NanoTest Liquid Cell | Micro Materials Ltd. | - | |
| الريومتر للوحة المتوازية MCR501 | Anton-Parr-PP25 | ||
| & nbsp ؛ | يمكن استخدام Anton-Parr-25 | مم لوحة قياس مسطحة بقطر 25 مم | |
| ورق صنفرة لاصق | McMaster-Carr | 4184A48 | يمكن استخدام الموردين البديلين |
| Loctite 4013 Instant Adhesive | Henkel | 20268 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن