Test microtrazione Environmentally-controllato di meccanica-adattivi nanocompositi polimerici per Ex vivo Caratterizzazione

L'obiettivo generale di questa procedura è quantificare la variazione di rigidità su una struttura nanocomposita a base di polivinile e acetato in funzione del tempo impiantato nel tessuto. Ciò si ottiene modellando prima i campioni di nano composito polimerico e facendoli aderire a supporti acrilici per l'inserimento nei tessuti e nei test micromeccanici. Il secondo passo consiste nel preparare un ambiente di micro tester di trazione per imitare l'ambiente fisiologico, ex vivo utilizzando una fonte di umidità e una fonte di calore radiante.

Successivamente, il campione di impianto viene inserito nel tessuto e rimosso dopo una determinata durata. Il passaggio finale consiste nel caricare il campione nel microtester di trazione a controllo ambientale ed eseguire i test meccanici per determinare il modulo del materiale dopo la durata dell'impianto specificata. In definitiva, questa micro prova di trazione controllata dal punto di vista ambientale viene utilizzata per mostrare le variazioni di rigidità meccanica misurate dal modulo di Young in funzione del tempo di esposizione all'ambiente fisiologico.

Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti di misurazione delle proprietà meccaniche variabili, come l'analisi meccanica dinamica, è che può essere applicata a campioni su microscala e l'umidità e la temperatura possono essere controllate. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'interfaccia neurale, come ad esempio il modo in cui la risposta infiammatoria a un impianto è influenzata dalla rigidità del materiale dell'impianto. Innanzitutto, ottenere un film nanocomposito a base di acetato di polivinile con uno spessore da 25 a 100 micrometri prodotto con una tecnica di fusione e compressione in soluzione.

Successivamente, far aderire la pellicola a un wafer di silicone riscaldandola su una piastra calda a 70 gradi centigradi per due minuti. Ciò favorisce il contatto intimo tra il film e il wafer e garantisce che il film rimanga piatto per la microlavorazione. Ora utilizza la lavorazione laser microm per modellare il film nelle geometrie del campione di prova desiderate.

I parametri di microlavorazione laser diretti e corretti sono impostati su una potenza di 0,5 watt, una velocità di 56 millimetri al secondo e una macchina di 1000 impulsi per pollice. I campioni che verranno utilizzati per stabilire le condizioni ambientali chiamati campioni di allestimento in strutture a forma di osso di cane con dimensioni laterali del cuscinetto di 1,5 millimetri per 1,5 millimetri e dimensioni del fascio laterale di 300 micrometri per 3000 micrometri. Lo spessore corrisponde a quello del film in tutta la macchina, i campioni per esperimenti ex vivo denominati campioni di impianto in fasci, 300 micrometri per sei millimetri con uno spessore corrispondente a quello del film.

Dopo aver rimosso il wafer dalla configurazione di microlavorazione, utilizzare una lama di rasoio e una pinzetta per rilasciare con cautela i campioni dal wafer per maneggiarli. Preparare i supporti in acrilico progettati per fungere da parte del sistema di presa nel micro tester di trazione. In questo esperimento, ogni supporto misura 11 millimetri per sette millimetri con uno spessore di 2,2 millimetri e ha due fori per allinearsi con i bulloni nel micro tester di trazione.

Le marcature incise al laser mostravano la linea centrale del supporto a 1,5 millimetri dall'estremità. Ogni campione di impianto richiede un supporto in acrilico, posizionare una piccola quantità di adesivo a base di gel acrilico Sano sulla linea centrale del supporto in acrilico e far aderire con cura una lunghezza di 1,5 millimetri del campione di impianto al supporto sovrapponendo la linea centrale contrassegnata. Fare attenzione a garantire che il gel adesivo rimanga solo lungo la lunghezza di 1,5 millimetri del nano composito a base di acetato di polivinile che aderisce al supporto acrilico.

Iniziare caricando un campione di configurazione a secco nel micro tester di trazione. Prima il serraggio tra le impugnature mobili, quindi tra le impugnature fisse monta un aerografo con un serbatoio pieno d'acqua in una posizione fissa con l'ugello diretto verso il campione di micro trazione. Collegare l'aerografo a un compressore d'aria tramite un tubo di plastica con l'ugello dell'aerografo completamente chiuso.

Accendere il compressore d'aria. Iniziare la procedura di micro test di trazione ciclica, alternando tra la deformazione di trazione e la deformazione di compressione applicata al campione. Il test deve rimanere nella regione elastica lineare del grafico della deformazione da sforzo.

In questo caso, la deformazione applicata è limitata a meno del 2%In questi esperimenti, la velocità di deformazione è stata controllata mentre è stata misurata la forza richiesta per raggiungere tale deformazione. Per determinare le condizioni di umidità desiderate, aumentare gradualmente il flusso dall'ugello dell'aerografo e monitorare la pendenza del tracciato del treno di sollecitazione in funzione della quantità di flusso dall'aerografo, il flusso massimo che non provoca una riduzione significativa del modulo di Young in un periodo di 60 secondi è il livello che verrà utilizzato per gli esperimenti ex vivo. Infine, misurare la temperatura vicino al campione.

Una configurazione ideale includerebbe una termocoppia con una lettura digitale e le misurazioni verrebbero eseguite mentre l'aerografo è in funzione. Impostare l'intensità e la distanza di una fonte di calore radiante in modo tale che la temperatura del campione sia mantenuta a 37 gradi Celsius per adattarsi alle condizioni fisiologiche. Il confronto di controllo inizia immergendo i campioni di setup per almeno 30 minuti in soluzione salina tamponata con fosfato o PBS per consentirne l'ammorbidimento al minimo modulo di Young.

Caricare rapidamente un campione nel micro tester di trazione e iniziare il test di micro trazione ciclica con l'aerografo spento mentre il campione si asciuga in condizioni ambientali, il ModuLite di Young trovato da questi dati indicherà la velocità con cui il campione si asciuga in condizioni non controllate. Quindi, carica una seconda configurazione satura PBS. Campiona nel micro tester e inizia la micro prova di trazione ciclica con l'aerografo qui, il mod di Young calcolato, indicherò quanto velocemente il campione si asciuga in condizioni di umidità controllata.

Fissare un campione di tessuto corticale. In questa dimostrazione, il tessuto espiantato viene mantenuto idratato in un bagno di liquido cerebrospinale artificiale mantenuto a 37 gradi Celsius prima e durante l'esperimento. Quindi, collegare un campione di impianto sul suo supporto a un morsetto per micromanipolatore.

Posizionare la sonda in modo che sia ortogonale al tessuto corticale. Abbassare il campione di polimero nella corteccia utilizzando il manipolatore microm. Comandi manuali.

Lasciare il campione nel tessuto corticale fino a quando non è trascorso il tempo di impianto target, compreso tra uno e 30 minuti. Prendere precauzioni contro l'essiccazione dei tessuti durante questo periodo mentre la sonda è impiantata nella corteccia. Preparare il micro tester di trazione impostando l'asta asciutta sulla posizione di spostamento zero di tre millimetri dal morsetto fisso.

Impostare anche l'impostazione del flusso dell'ugello dell'aerografo e l'impostazione della potenza della fonte di calore radiante sui valori determinati in precedenza. Alla fine del tempo di impianto specificato, sollevare la sonda fuori dalla corteccia utilizzando immediatamente i comandi manuali del manipolatore microm e rimuovere con cura il campione dal morsetto del manipolatore microm e portarlo al micro tester di trazione per iniziare il test entro due minuti immediatamente dopo la spiegazione, caricare il campione tra i due set di morsetti per micro tester di trazione. Poiché il portacampione è progettato per fungere da metà superiore di un morsetto, posizionare il gruppo campione dell'impianto sull'impugnatura mobile con il lato del campione rivolto verso il basso.

Il campione deve essere montato al centro di ciascun morsetto e i morsetti devono essere livellati l'uno rispetto all'altro. Ciò garantisce che la deformazione venga applicata solo lungo la lunghezza della sonda. Ora regolare la posizione del campione in modo che la distanza tra i morsetti sia di tre millimetri e l'estremità della sonda sia posizionata nel morsetto fisso.

La lunghezza di tre millimetri tra le pinze è la lunghezza di riferimento del campione da utilizzare nei calcoli successivi. Immediatamente dopo aver fissato il campione tra i due morsetti ed entro due minuti dalla spiegazione dal tessuto neurale, attivare il motore nella direzione di trazione per allungare il campione a una velocità costante. La velocità qui è di 10 micrometri al secondo.

Misura e registra contemporaneamente l'allungamento del campione e la forza associata richiesta per deformare il campione. Interrompere la prova di microtrazione in caso di guasto meccanico del campione o quando viene raggiunto l'intervallo dell'asta asciutta. Esporta i dati raccolti per l'analisi.

Ripetere il test di microtrazione per ogni campione e/o condizione di impianto. Tracciare la curva di sollecitazione e deformazione per ogni campione utilizzando il software. Quindi, isolare la parte elastica lineare del grafico.

La parte isolata della parcella deve includere almeno 10 punti e deve essere presa dalla sezione della parcella in cui la pendenza è maggiore. Ora utilizza strumenti di adattamento della curva basati su software per trovare la linea di adattamento migliore per questa porzione. La pendenza della linea di best fit corrisponde al modulo di Young del campione.

Per i campioni di configurazione che sono stati testati in modalità ciclica, determinare il modulo di Young per ogni ciclo. Una volta fatto ciò, traccia il modulo di Young di ogni ciclo rispetto al tempo. Questo grafico ha scelto il modulo di Young in funzione del tempo, misurato durante le prove di trazione cicliche per determinare le impostazioni corrette dell'aerografo per il controllo dell'ambiente.

La regione ombreggiata è il tempo durante il quale l'aerografo è stato acceso con le impostazioni dell'aerografo utilizzate. Il modulo di Young non cambia significativamente nel tempo. Ciò suggerisce che la quantità di acqua assorbita dal campione di configurazione dall'aerografo non è sufficiente per contribuire a una riduzione della rigidità.

Ecco il modulo di Young rispetto al timo per campioni saturi d'acqua in ambienti di prove di trazione a umidità controllata e non controllata. Il recupero del modulo di Young iniziale è molto più lento nell'ambiente controllato. Ciò dimostra l'aumento del tempo necessario per l'essiccazione del campione In questo ambiente, questo tempo extra può essere utilizzato per eseguire test meccanici su campioni che sono stati impiantati.

Si tratta di grafici rappresentativi che mostrano le curve del treno di stress per un campione secco e un campione umido che era stato impiantato in una corteccia di ratto per 30 minuti. Il modulo di Young, che corrisponde alla pendenza del grafico del treno di sollecitazione nella regione elastica lineare, è chiaramente molto maggiore per il campione secco. Entrambi i campioni sono stati filtrati per entrare.

Questo grafico finale è il modulo di Young rispetto alla durata dell'impianto per i campioni posizionati nella corteccia. Dopo circa cinque minuti dall'impianto, il campione mostra pochi cambiamenti nel modulo di Young. Ciò suggerisce che il campione raggiunge la saturazione e la rigidità minima entro questo periodo di tempo.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di pianificare in anticipo per garantire che le condizioni fisiologiche sia nel tessuto che nell'ambiente di test ex vivo possano essere mantenute. Questo metodo può essere utilizzato per valutare il comportamento meccanico di altri materiali con proprietà dipendenti dall'ambiente, compresi i materiali biodegradabili, e può essere eseguito per valutare il tasso di degradazione o la stabilità meccanica dei materiali polimerici in vivo.