Test de microtension environnement contrôlé de nanocomposites polymères mécaniquement adaptatifs pour Ex vivo Caractérisation

L’objectif global de cette procédure est de quantifier le changement de rigidité d’une structure nanocomposite à base de polyvinyle à base d’acétate en fonction du temps implanté dans le tissu. Pour ce faire, il suffit d’abord de modeler les échantillons de nanocomposites polymères et de les coller sur des supports en acrylique pour les insérer dans des tests tissulaires et micromécaniques. La deuxième étape consiste à préparer un environnement d’essai de micro-traction pour imiter l’environnement physiologique, ex vivo en utilisant une source d’humidité et une source de chaleur rayonnante.

Ensuite, l’échantillon d’implant est inséré dans le tissu et retiré après une durée spécifiée. La dernière étape consiste à charger l’échantillon dans le testeur de micro-traction à environnement contrôlé et à effectuer les tests mécaniques pour déterminer le module de Young du matériau après la durée d’implantation spécifiée. En fin de compte, cet essai de micro-traction contrôlé par l’environnement est utilisé pour montrer les changements de rigidité mécanique mesurés par le module de Young en fonction du temps d’exposition à l’environnement physiologique.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes de mesure des propriétés mécaniques variables, comme l’analyse mécanique dynamique, est qu’elle peut être appliquée à des échantillons à l’échelle microscopique et que l’humidité et la température peuvent être contrôlées. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’interface neuronale, telles que la façon dont la réponse inflammatoire à un implant est affectée par la rigidité du matériau de l’implant. Tout d’abord, obtenir un film nano composite à base d’acétate de polyvinyle d’une épaisseur de 25 à 100 micromètres produit avec une technique de coulée et de compression en solution.

Ensuite, collez le film sur une plaquette de silicone en chauffant sur une plaque chauffante à 70 degrés centigrades pendant deux minutes. Cela favorise un contact intime entre le film et la plaquette et garantit que le film reste plat pour le micro-usinage. Utilisez maintenant l’usinage micrométrique au laser pour modeler le film dans les géométries d’échantillon de test souhaitées.

Les paramètres de micro-usinage laser direct droit sont réglés sur une puissance de 0,5 watts, une vitesse de 56 millimètres par seconde et une machine de 1000 impulsions par pouce. Les échantillons qui seront utilisés pour établir les conditions environnementales appelées échantillons de configuration dans des structures en forme d’os de chien avec des dimensions de coussinet latéral de 1,5 millimètre sur 1,5 millimètre et des dimensions de faisceau latéral de 300 micromètres sur 3000 micromètres. L’épaisseur correspond à celle du film tout au long de la machinerie des échantillons pour les expériences ex vivo appelés échantillons d’implant en faisceaux, 300 micromètres sur six millimètres avec une épaisseur correspondant à celle du film.

Après avoir retiré la plaquette de la configuration de micro-usinage, utilisez une lame de rasoir et une pince à épiler pour libérer soigneusement les échantillons de la plaquette afin de manipuler les échantillons. Préparez des supports en acrylique conçus pour faire partie du système de préhension de l’appareil de micro-traction. Dans cette expérience, chaque support mesure 11 millimètres sur sept millimètres avec une épaisseur de 2,2 millimètres et comporte deux trous à aligner avec des boulons dans le testeur de micro-traction.

Les marquages gravés au laser ont montré la ligne médiane du support à 1,5 millimètre de l’extrémité. Chaque échantillon d’implant nécessite un support acrylique, placez une petite quantité d’adhésif à base de gel acrylique Sano sur la ligne centrale du support acrylique et collez soigneusement une longueur de 1,5 millimètre de l’échantillon d’implant sur le support chevauchant la ligne centrale marquée. Veillez à ce que le gel adhésif ne reste que sur la longueur de 1,5 millimètre du nano composite à base d’acétate de polyvinyle collé au support acrylique.

Commencez par charger un échantillon de configuration sèche dans le testeur de micro-traction. Tout d’abord, le serrage entre les mâchoires mobiles, puis entre les mâchoires fixes, monte un aérographe avec un réservoir rempli d’eau dans une position fixe avec la buse dirigée vers l’échantillon de micro-traction. Connectez l’aérographe à un compresseur d’air via un tube en plastique avec la buse de l’aérographe complètement fermée.

Allumez le compresseur d’air. Commencer la procédure d’essai de microtraction cyclique, en alternant entre la déformation de traction et la déformation de compression appliquée à l’échantillon. L’essai doit rester dans la région élastique linéaire du tracé de contrainte-déformation.

Dans ce cas, la déformation appliquée est limitée à moins de 2 %Dans ces expériences, la vitesse de déformation a été contrôlée tandis que la force requise pour obtenir cette déformation a été mesurée. Pour déterminer les conditions d’humidité souhaitées, augmentez progressivement le débit de la buse de l’aérographe et surveillez la pente du tracé du train de contraintes en fonction de la quantité de débit de l’aérographe, le débit maximal qui n’entraîne pas de réduction significative du module de Young sur une période de 60 secondes est le niveau qui sera utilisé pour les expériences ex vivo. Enfin, mesurez la température près de l’échantillon.

Une configuration idéale comprendrait un thermocouple avec un affichage numérique, et les mesures seraient effectuées pendant que l’aérographe fonctionne. Réglez l’intensité et la distance d’une source de chaleur rayonnante de sorte que la température de l’échantillon soit maintenue à 37 degrés Celsius pour correspondre aux conditions physiologiques. La comparaison des témoins commence par l’immersion des échantillons de configuration pendant au moins 30 minutes dans une solution saline tamponnée au phosphate ou PBS pour lui permettre de ramollir à son module de Young minimum.

Chargez rapidement un échantillon dans le testeur de micro-traction et commencez l’essai de micro-traction cyclique avec l’aérographe retiré pendant que l’échantillon sèche dans des conditions ambiantes, le ModuLite de Young trouvé à partir de ces données indiquera à quelle vitesse l’échantillon sèche dans des conditions non contrôlées. Ensuite, chargez une deuxième configuration saturée PBS. Échantillonnez dans le micro-testeur et commencez les essais de micro-traction cyclique avec l’aérographe ici, le mod de Young calculé, j’indiquerai à quelle vitesse l’échantillon sèche dans des conditions d’humidité contrôlées.

Prélevez un échantillon de tissu cortical. Dans cette démonstration, le tissu explanté est maintenu hydraté dans un bain de liquide céphalo-rachidien artificiel maintenu à 37 degrés Celsius avant et pendant l’expérience. Ensuite, fixez un échantillon d’implant sur son support à une pince de micro-manipulateur.

Positionnez la sonde de manière à ce qu’elle soit orthogonale au tissu cortical. Abaissez l’échantillon de polymère dans le cortex à l’aide du manipulateur microm. Commandes manuelles.

Laissez l’échantillon dans le tissu cortical jusqu’à ce que le temps d’implantation cible se soit écoulé entre une et 30 minutes. Prenez des précautions contre le dessèchement des tissus pendant cette période pendant que la sonde est implantée dans le cortex. Préparez le micro-appareil d’essai de traction en réglant la tige sèche sur la position de déplacement zéro de trois millimètres de la pince fixe.

Réglez également le réglage du débit de la buse de l’aérographe et le réglage de la puissance de la source de chaleur rayonnante sur les valeurs déterminées précédemment. À la fin du temps d’implantation spécifié, soulevez immédiatement la sonde hors du cortex à l’aide des commandes manuelles du manipulateur microm et retirez soigneusement l’échantillon de la pince du manipulateur microm et apportez-le au testeur de micro-traction pour commencer les tests dans les deux minutes immédiatement après l’explication, chargez l’échantillon entre les deux ensembles de pinces de testeur de micro-traction. Étant donné que le porte-échantillon est conçu pour servir de moitié supérieure d’une pince, placez l’ensemble d’échantillon de l’implant sur la poignée mobile côté échantillon vers le bas.

L’échantillon doit être monté au centre de chaque pince et les pinces doivent être de niveau les unes par rapport aux autres. Cela garantit que la contrainte n’est appliquée que sur toute la longueur de la sonde. Ajustez maintenant la position de l’échantillon de manière à ce que la distance entre les pinces soit de trois millimètres et que l’extrémité de la sonde soit placée dans la pince fixe.

La longueur de trois millimètres entre les pinces est la longueur entre les jauges de l’échantillon à utiliser dans les calculs ultérieurs. Immédiatement après avoir fixé l’échantillon entre les deux pinces et dans les deux minutes suivant l’explication du tissu neural, activez le moteur dans le sens de la traction pour allonger l’échantillon à une vitesse constante. Le taux ici est de 10 micromètres par seconde.

Mesurez et enregistrez simultanément l’allongement de l’échantillon et la force associée nécessaire pour déformer l’échantillon. Arrêtez l’essai de microtraction en cas de défaillance mécanique de l’échantillon ou lorsque la plage de la tige sèche est atteinte. Exportez les données collectées pour analyse.

Répétez l’essai de microtraction pour chaque échantillon et/ou condition d’implantation. Tracez la courbe contrainte en fonction de la déformation pour chaque échantillon à l’aide d’un logiciel. Ensuite, isolez la partie élastique linéaire du graphique.

La partie isolée de la parcelle doit comprendre au moins 10 points et doit être prélevée dans la section de la parcelle où la pente est la plus grande. Utilisez maintenant des outils logiciels d’ajustement de courbe pour trouver la meilleure ligne d’ajustement à cette partie. La pente de la droite de meilleur ajustement correspond au module de Young de l’échantillon.

Pour les échantillons de configuration qui ont été testés en mode cyclique, déterminez le module de Young pour chaque cycle. Une fois cela fait, tracez le module de Young de chaque cycle en fonction du temps. Ce graphique a choisi le module de Young en fonction du temps, tel que mesuré lors d’essais de traction cycliques pour déterminer les paramètres corrects de l’aérographe pour contrôler l’environnement.

La zone ombrée est le temps pendant lequel l’aérographe a été activé avec les paramètres d’aérographe utilisés. Le module de Young ne change pas de manière significative au fil du temps. Cela suggère que la quantité d’eau absorbée par l’échantillon de configuration à partir de l’aérographe n’est pas suffisante pour contribuer à une réduction de la rigidité.

Voici le module de Young en fonction du thym pour des échantillons saturés d’eau dans des environnements d’essai de traction à humidité contrôlée et non contrôlée. La récupération du module de Young initial est beaucoup plus lente dans l’environnement contrôlé. Cela démontre l’augmentation du temps nécessaire à l’échantillon pour sécher Dans cet environnement, ce temps supplémentaire peut être utilisé pour effectuer des tests mécaniques sur des échantillons qui ont été implantés.

Il s’agit de graphiques représentatifs montrant les courbes de stress d’un échantillon sec et d’un échantillon humide qui avait été implanté dans le cortex d’un rat pendant 30 minutes. Le module de Young, qui correspond à la pente du tracé du train de contraintes dans la région élastique linéaire, est nettement beaucoup plus grand pour l’échantillon sec. Les deux échantillons ont été mis à rude épreuve.

Ce dernier graphique est le module de Young en fonction de la durée de l’implant pour les échantillons placés dans le cortex. Après environ cinq minutes d’implantation, l’échantillon montre peu de changement dans le module de Young. Cela suggère que l’échantillon atteint la saturation et la rigidité minimale dans cette période de temps.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler de planifier à l’avance pour s’assurer que les conditions physiologiques dans l’environnement d’essai tissulaire et ex vivo peuvent être maintenues. Cette méthode peut être utilisée pour évaluer le comportement mécanique d’autres matériaux ayant des propriétés dépendantes de l’environnement, y compris les matériaux biodégradables, et peut être réalisée pour évaluer le taux de dégradation ou la stabilité mécanique des matériaux polymères in vivo.