Prueba Microtracción ambientalmente controlado mecánicamente de adaptación nanocompuestos poliméricos para Ex vivo Caracterización

El objetivo general de este procedimiento es cuantificar el cambio en la rigidez de una estructura nano compuesta a base de acetato de polivinilo en función del tiempo implantado en el tejido. Esto se logra modelando primero las muestras de nanocompuesto de polímero y adhiriéndolas a soportes acrílicos para su inserción en tejido y pruebas micromecánicas. El segundo paso es preparar un entorno de micro probador de tracción para imitar el entorno fisiológico, ex vivo utilizando una fuente de humedad y una fuente de calor radiante.

A continuación, la muestra de implante se inserta en el tejido y se retira después de un tiempo determinado. El paso final es cargar la muestra en el probador de microtracción controlado ambientalmente y realizar las pruebas mecánicas para determinar el módulo de young del material después de la duración especificada del implante. En última instancia, esta prueba de microtracción controlada ambientalmente se utiliza para mostrar los cambios en la rigidez mecánica medida por el módulo de Young en función del tiempo expuesto al entorno fisiológico.

La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes de medición de propiedades mecánicas variables, como el análisis mecánico dinámico, es que se puede aplicar a muestras a microescala y se puede controlar la humedad y la temperatura. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la interfaz neuronal, como cómo la respuesta inflamatoria a un implante se ve afectada por la rigidez del material del implante. En primer lugar, se obtiene una película nano compuesta a base de acetato de polivinilo con un espesor de 25 a 100 micrómetros producida con una técnica de fundición y compresión en solución.

A continuación, adhiera la película a una oblea de silicona calentándola en una placa calefactora a 70 grados centígrados durante dos minutos. Esto promueve un contacto íntimo entre la película y la oblea y asegura que la película permanezca plana para el micromecanizado. Ahora utilice el mecanizado láser de micrómetros para modelar la película en las geometrías de muestra de prueba deseadas.

Los parámetros de micromecanizado láser directo derecho se establecen a una potencia de 0,5 vatios, una velocidad de 56 milímetros por segundo y una máquina de 1000 pulsos por pulgada. Las muestras que se utilizarán para establecer las condiciones ambientales se denominan muestras de configuración en estructuras en forma de hueso de perro con dimensiones de almohadilla lateral de 1,5 milímetros por 1,5 milímetros y dimensiones de haz lateral de 300 micrómetros por 3000 micrómetros. El espesor coincide con el de la película en toda la máquina para las muestras para experimentos ex vivo denominados muestras de implante en haces, de 300 micrómetros por seis milímetros con un espesor igual al de la película.

Después de retirar la oblea de la configuración de micromecanizado, utilice una cuchilla de afeitar y unas pinzas para liberar con cuidado las muestras de la oblea y manipularlas. Prepare soportes acrílicos diseñados para servir como parte del sistema de agarre en el probador de micro tracción. En este experimento, cada soporte mide 11 milímetros por siete milímetros con un grosor de 2,2 milímetros y tiene dos orificios para alinear con los pernos en el probador de microtracción.

Las marcas grabadas con láser mostraban la línea central del soporte a 1,5 milímetros del extremo. Cada muestra de implante requiere un soporte acrílico, coloque una pequeña cantidad de adhesivo acrílico a base de gel Sano en la línea central del soporte acrílico y adhiera cuidadosamente una longitud de 1,5 milímetros de la muestra de implante al soporte superponiéndose a la línea central marcada. Tenga cuidado de asegurarse de que el gel adhesivo permanezca solo a lo largo de la longitud de 1,5 milímetros del nanocompuesto a base de acetato de polivinilo que se adhiere al soporte acrílico.

Comience cargando una muestra de configuración seca en el probador de microtracción. Primero la sujeción entre las mordazas móviles, luego entre las mordazas fijas, monte un aerógrafo con un depósito lleno de agua en una posición fija con la boquilla dirigida hacia la muestra de microtracción. Conecte el aerógrafo a un compresor de aire a través de un tubo de plástico con la boquilla del aerógrafo completamente cerrada.

Encienda el compresor de aire. Comience el procedimiento de ensayo de microtracción cíclico, alternando entre la deformación por tracción y la deformación por compresión que se aplica a la muestra. La prueba debe permanecer en la región elástica lineal de la gráfica de deformación por tensión.

En este caso, la deformación aplicada se limita a menos del 2%En estos experimentos, se controló la velocidad de deformación mientras se medía la fuerza requerida para lograr esa deformación. Para determinar las condiciones de humedad deseadas, aumente gradualmente el flujo de la boquilla del aerógrafo y monitoree la pendiente del diagrama del tren de tensiones en función de la cantidad de flujo del aerógrafo, el flujo máximo que no causa una reducción significativa en el módulo de Young durante un período de 60 segundos es el nivel que se utilizará para los experimentos ex vivo. Finalmente, mida la temperatura cerca de la muestra.

Una configuración ideal incluiría un termopar con una lectura digital, y las mediciones se realizarían mientras el aerógrafo está funcionando. Establezca la intensidad y la distancia de una fuente de calor radiante de modo que la temperatura de la muestra se mantenga a 37 grados centígrados para que coincida con las condiciones fisiológicas. La comparación de controles comienza sumergiendo las muestras de configuración durante al menos 30 minutos en solución salina tamponada con fosfato o PBS para permitir que se ablande a su módulo de Young mínimo.

Cargue rápidamente una muestra en el probador de micro tracción y comience la prueba de micro tracción cíclica con el aerógrafo apagado mientras la muestra se seca en condiciones ambientales, el Young's ModuLite encontrado a partir de estos datos indicará qué tan rápido se seca la muestra en condiciones no controladas. A continuación, cargue una segunda configuración saturada de PBS. Muestre la muestra en el micro probador y comience la prueba de micro tracción cíclica con el aerógrafo aquí, el mod de Young calculado, indicaré qué tan rápido se seca la muestra en condiciones de humedad controlada.

Asegure una muestra de tejido cortical. En esta demostración, el tejido explantado se mantiene hidratado en un baño de líquido cefalorraquídeo artificial mantenido a 37 grados centígrados antes y durante todo el experimento. A continuación, fije una muestra de implante en su soporte a una abrazadera de micromanipulador.

Coloque la sonda de modo que sea ortogonal al tejido cortical. Baje la muestra de polímero en la corteza con el manipulador de micrómetros. Controles manuales.

Dejar la muestra en el tejido cortical hasta que el tiempo objetivo del implante haya transcurrido entre uno y 30 minutos. Tome precauciones contra el secado del tejido durante este tiempo mientras la sonda se implanta en la corteza. Prepare el probador de microtracción ajustando la varilla seca a la posición de desplazamiento cero de tres milímetros de la abrazadera estacionaria.

También configure la configuración de flujo de la boquilla del aerógrafo y la configuración de la potencia de la fuente de calor radiante en los valores determinados anteriormente. Al final del tiempo de implante especificado, levante la sonda fuera de la corteza usando los controles manuales del manipulador microm inmediatamente y retire con cuidado la muestra de la abrazadera del manipulador microm y llévela al probador de micro tracción para comenzar la prueba dentro de los dos minutos inmediatamente después de la explicación, cargue la muestra entre los dos juegos de abrazaderas del probador de micro tracción. Dado que el soporte de muestras está diseñado para servir como la mitad superior de una abrazadera, coloque el conjunto de muestra del implante en la mordaza móvil con la muestra hacia abajo.

La muestra debe montarse en el centro de cada abrazadera y las abrazaderas deben estar niveladas entre sí. Esto asegura que la tensión solo se aplique a lo largo de la sonda. Ahora ajuste la posición de la muestra de modo que la distancia entre las pinzas sea de tres milímetros y el extremo de la sonda se coloque en la pinza fija.

La longitud de tres milímetros entre las pinzas es la longitud del calibre de la muestra que se utilizará en cálculos posteriores. Inmediatamente después de asegurar la muestra entre ambas pinzas y dentro de los dos minutos posteriores a la explicación del tejido neural, active el motor en la dirección de tracción para alargar la muestra a una velocidad constante. La velocidad aquí es de 10 micrómetros por segundo.

Mida y registre simultáneamente el alargamiento de la muestra y la fuerza asociada requerida para colar la muestra. Detenga la prueba de microtracción en caso de falla mecánica de la muestra o cuando se alcance el rango de varilla seca. Exporte los datos recopilados para su análisis.

Repita la prueba de micro tracción para cada muestra y/o condición de implantación. Trace la curva de tensión frente a deformación para cada muestra utilizando un software. A continuación, aísle la parte elástica lineal de la gráfica.

La parte aislada de la parcela debe incluir al menos 10 puntos y debe tomarse de la sección de la parcela donde la pendiente sea mayor. Ahora utilice herramientas de ajuste de curvas basadas en software para encontrar la línea de ajuste más adecuada a esta parte. La pendiente de la línea de mejor ajuste corresponde al módulo de Young de la muestra.

Para las muestras de configuración que se han probado en modo cíclico, determine el módulo de Young para cada ciclo. Una vez hecho esto, traza el módulo de Young de cada ciclo en función del tiempo. Este gráfico eligió el módulo de Young en función del tiempo, medido durante las pruebas de tracción cíclicas para determinar la configuración correcta del aerógrafo para controlar el entorno.

La región sombreada es el tiempo durante el cual se encendió el aerógrafo con la configuración de aerógrafo utilizada. El módulo de Young no cambia significativamente con el tiempo. Esto sugiere que la cantidad de agua absorbida por la muestra de configuración del aerógrafo no es suficiente para contribuir a una reducción de la rigidez.

Aquí está el módulo de Young frente al tomillo para muestras saturadas de agua en entornos de prueba de tracción controlados y no controlados por humedad. La recuperación del módulo de Young inicial es mucho más lenta en el entorno controlado. Esto demuestra el aumento en el tiempo requerido para que la muestra se seque En este entorno, este tiempo adicional se puede utilizar para realizar pruebas mecánicas en muestras que han sido implantadas.

Se trata de gráficos representativos que muestran las curvas del tren de tensiones para una muestra seca y una muestra húmeda que se ha implantado en la corteza de una rata durante 30 minutos. El módulo de Young, que corresponde a la pendiente de la gráfica del tren de tensiones en la región elástica lineal, es claramente mucho mayor para la muestra seca. Ambas muestras fueron coladas para irrumpir.

Este gráfico final es el módulo de Young frente a la duración del implante para las muestras colocadas en la corteza. Después de unos cinco minutos de implantación, la muestra muestra pocos cambios en el módulo de Young. Esto sugiere que la muestra alcanza la saturación y la rigidez mínima dentro de este período de tiempo.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar planificar con anticipación para asegurarse de que se puedan mantener las condiciones fisiológicas tanto en el tejido como en el entorno de prueba ex vivo. Este método se puede utilizar para evaluar el comportamiento mecánico de otros materiales con propiedades dependientes del medio ambiente, incluidos los materiales biodegradables, y se puede realizar para evaluar la tasa de degradación o la estabilidad mecánica de los materiales poliméricos in vivo.