使用流变法测量小鼠脑组织的粘弹性

Abstract

资料来源：Canovic， E. P.， et al。使用原子力显微镜、冲击压痕和流变测量表征脑组织的多尺度机械特性。J. Vis. Exp. （2016）

在本视频中，流变仪对脑组织施加受控的振荡旋转运动，以产生剪切应变并评估组织的粘性和弹性特性。流变仪作为一种功能工具，它可以深入了解受伤或神经退行性疾病期间的脑力学。

Protocol

所有涉及动物样本的程序均已由适当的动物伦理审查委员会审查和批准。

1. 流变学
   1. 按照制造商的说明设置和校准流变仪。
      1. 通过打开设备/控制面板来初始化流变仪。在控制面板选项卡上，单击"初始化"。
      2. 安装 25 mm 直径的测量板 （PP25） 和热系统。
      3. （可选）为了减少流变仪板和纸巾之间的滑动，剪下与顶部流变仪板形状相匹配的粘性砂纸片，并将砂纸粘附到顶部和底部板上。
      4. 通过单击控制面板上的"设置零间隙"，在顶板和底板之间进行接触。
      5. 通过单击 "reset normal force"（重置法向力）将法向力传感器归零。
      6. 通过打开控制面板上的服务选项卡，单击"测量系统"，然后单击"惯性测试"来执行惯性测试。记录新旧惯性。验证惯性是否在制造商列出的探头允许的限制范围内。
2. 将样品加载到流变仪中。
   1. 收获组织并将猪脑的冠状段切成 ~5 毫米厚后，将其储存在冰上，置于不依赖 CO2 的培养基中。
   2. 将大脑放在两个板之间。去除样品顶部和底部表面的大水滴以防止打滑，但不要使样品变干。
   3. 慢慢降低测量板，直到板与组织的顶部表面完全接触，并且在 5-10 分钟的松弛期后，测得的法向力始终在 0.01 mN。
      1. 在控制面板中，在测量位置框中输入连续降低的高度，然后单击"测量位置"以缓慢降低测量板。
      2. 当与组织接触不到一毫米时，以 0.1 毫米的增量降低测量板，直到测量板与组织的顶面完全接触。确保在 5-10 分钟的松弛期后，测得的法向力始终为 0.01 mN。
      3. 记录测得的初始法向力。应在相同的压应力/应变下进行重复测量。
   4. 如果样品超过板的直径，请用塑料刀片修剪。在样品边缘吸取少量 （~1-2 ml） 培养基以水合组织。
   5. （可选）降低隔热罩。在控制面板上，将温度设置为 37 °C，然后单击"设置"。
3. 执行振幅扫描以在感兴趣的频率（例如 1 rad/sec）下建立材料的线性粘弹性范围（即 G' 和 G'' 恒定的剪切应变）。
   1. 选择 "file/new"。在凝胶选项卡下，选择 "Amplitude sweep： LVE-range"（振幅扫描：LVE 范围）。选择窗口并单击 "Measurement 1： Amplitude sweep"（测量 1：振幅扫描）。双击振荡框。输入初始和最终应变（例如，0.01 到 105）、频率（例如，1 rad/sec）和每十倍频程的点数（例如，6 点/dec）。选择 "确定" 并点击 "开始"。
   2. 对多个切片重复此过程，并反复试验，以确保线性弹性范围的一致性。样品的轴向压缩应在样品之间保持恒定。
4. 在组织的线性粘弹性范围内的应变（例如，1% 的应变）和感兴趣的频率范围（例如，0.1-100 rad/sec）对组织进行频率扫描。
   1. 单击"file/new"，然后在凝胶选项卡下选择"Frequency sweep"。单击 Window/Measurement 1： Frequency sweep。双击振荡框。输入频率范围（例如，0.1 至 100 rad/sec）、应变（例如，1% 应变）和每十倍频程的点数（例如，6 点/dec）。选择 "ok" 并单击 "Start" 开始频率扫描。
5. 一式两份或一式三份重复频率扫描（步骤 1.4）。

查看流变仪自动计算和导出的数据：G' 和 G" 作为频率（频率扫描）或剪切应变（振幅扫描）的函数。注：G' 和 G'' 是根据样品的（最大）反作用扭矩幅值 T'0 和旋转位移角（或偏转角）φ° 和相位滞后 φ 计算得出的，样品对施加的振荡应变的响应（图 1）：

其中 R 和 h 是样本的半径和高度。

Results

图 1.平行板流变仪实验图示。（A） 平行板流变仪实验示意图和与施加振荡剪切应变相关的定义。（B） 作为时间函数的代表性施加的应变和产生的应力。剪切储能模量 G' 和剪切损耗模量 G" 通过应变幅值 φ°、扭矩幅值 T'0、相位滞后 φ、探针和样品半径 R 以及样品高度 h.

计算得出。

Materials