유변 물성 측정법을 사용한 마우스 뇌 조직의 점탄성 특성 측정

Abstract

출처: Canovic, E. P., et al. 원자력 현미경, 충격 압흔 및 유변 물성 측정을 사용하여 뇌 조직의 다중 스케일 기계적 특성을 특성화합니다. J. Vis. Exp. (2016)

이 비디오에서는 레오미터를 사용하여 뇌 조직에 제어된 진동 회전 운동을 적용하여 전단 변형을 생성하고 조직의 점성 및 탄성 특성을 평가했습니다. 레오미터는 기능적 도구로서 부상 또는 신경 퇴행성 질환 발생 시 뇌 역학에 대한 통찰력을 제공합니다.

Protocol

동물 샘플과 관련된 모든 절차는 해당 동물 윤리 검토 위원회에서 검토되고 승인되었습니다.

1. Rheology
   1. 제조업체의 지침에 따라 레오미터를 설정하고 보정합니다.
      1. 장치/제어판을 열어 레오미터를 초기화합니다. 제어판 탭에서 "초기화"를 클릭합니다.
      2. 직경 25mm의 측정 플레이트(PP25)와 열 시스템을 장착합니다.
      3. (선택 사항) 레오미터 플레이트와 조직 사이의 미끄러짐을 줄이려면 상단 레오미터 플레이트의 모양과 일치하는 접착 사포 조각을 잘라내고 사포를 상단 및 하단 플레이트에 부착합니다.
      4. 제어판에서 "set zero gap"을 클릭하여 상단 플레이트와 하단 플레이트를 연결합니다.
      5. "reset normal force"를 클릭하여 수직력 변환기를 영점
      화합니다.
      6. 제어판에서 서비스 탭을 열고 "측정 시스템"을 클릭한 다음 "관성 테스트"를 클릭하여 관성 테스트를 수행합니다. 이전 관성과 새 관성을 기록합니다. 관성이 제조업체에서 나열한 프로브의 허용 한계 내에 있는지 확인합니다.
2. 샘플을 레오미터에 로드합니다.
   1. 조직을 채취하고 돼지 뇌의 관상 분절을 ~5mm 두께로 자른 후 CO2 독립 매체의 얼음에 보관하십시오.
   2. 두 판 사이에 뇌를 놓습니다. 미끄러짐을 방지하기 위해 샘플의 상단과 하단 표면에서 큰 물방울을 제거하되 샘플을 건조시키지 마십시오.
   3. 플레이트가 조직의 상단 표면과 완전히 접촉하고 측정된 수직력이 0.01-5분 이완 기간 후 10mN에서 일정해질 때까지 측정 플레이트를 천천히 내립니다.
      1. 제어판에서 측정 위치 상자에 더 낮은 높이를 연속적으로 입력하고 "측정 위치"를 클릭하여 측정 플레이트를 천천히 내립니다.
      2. 조직과 접촉한 거리에서 1mm 이내일 때 플레이트가 조직의 상단 표면과 완전히 접촉할 때까지 측정 플레이트를 0.1mm 단위로 내립니다. 측정된 수직력이 5-10분의 이완 기간 후에 0.01mN에서 일관되게 유지되는지 확인합니다.
      3. 초기에 측정된 수직력을 기록합니다. 동일한 압축 응력/변형률에서 반복 측정을 수행해야 합니다.
   4. 샘플이 플레이트의 직경을 초과하면 플라스틱 블레이드로 다듬습니다. 조직에 수분을 공급하기 위해 샘플 가장자리에 소량의 매체(~1-2ml)를 피펫으로 얹습니다.
   5. (선택 사항) 열 후드를 내립니다. 제어판에서 온도를 37°C로 설정하고 "설정"을 클릭합니다.
3. 진폭 스윕을 수행하여 관심 주파수(예: 1rad/sec)에서 재료의 선형 점탄성 범위(즉, G' 및 G''가 일정한 전단 변형률)를 설정합니다.
   1. "파일/새로 만들기"를 선택합니다. 젤 탭에서 "진폭 스윕: LVE-범위"를 선택합니다. 창을 선택하고 "측정 1: 진폭 스윕"을 클릭합니다. 진동 상자를 두 번 클릭합니다. 초기 및 최종 변형률(예: 0.01 - 105), 주파수(예: 1 rad/sec) 및 10단위당 포인트 수(예: 6 points/dec)를 입력합니다. "확인"을 선택하고 "시작"을 클릭합니다.
   2. 선형 탄성 범위의 일관성을 보장하기 위해 반복되는 시도를 통해 여러 슬라이스에 대해 이 절차를 반복합니다. 샘플의 축 방향 압축은 샘플 간에 일정하게 유지되어야 합니다.
4. 조직의 선형 점탄성 범위(예: 1% 변형률)의 변형률과 관심 주파수 범위(예: 0.1-100 rad/sec)에서 조직의 주파수 스윕을 수행합니다.
   1. 파일/새로 만들기"를 클릭하고 젤 탭에서 "주파수 스윕"을 선택합니다. Window/Measurement 1: Frequency sweep을 클릭합니다. 진동 상자를 두 번 클릭합니다. 주파수 범위(예: 0.1 - 100 rad/sec), 변형률(예: 1% 스트레인) 및 10진수당 포인트 수(예: 6 points/dec)를 입력합니다. "확인"을 선택하고 "시작"을 클릭하여 주파수 스위프를 시작합니다.
5. 반복 주파수 스윕(단계 1.4)을 중복 또는 삼중으로 반복합니다.

레오미터에 의해 자동으로 계산되고 내보내지는 데이터(G' 및 G")를 주파수(주파수 스윕) 또는 전단 변형률(진폭 스윕)의 함수로 검토합니다. 참고: G' 및 G''는 적용된 진동 변형률에 대한 샘플의 반응의 샘플(최대) 반응 토크 진폭 T'0, 회전 변위 각도(또는 편향 각도) φ° 및 위상 지연 φ에서 계산됩니다(그림 1):

여기서 R과 h는 샘플의 반지름과 높이입니다.

Results

그림 1. 평행판 레오미터 실험의 그림. (A) 평행판 레오미터 실험의 개략도 및 적용된 진동 전단 변형률과 관련된 정의. (B) 대표자는 변형률과 그에 따른 응력을 시간의 함수로 적용했습니다. 전단 저장 계수 G' 및 전단 손실 계수 G"는 변형률 진폭 φ°, 토크 진폭 T'0, 위상 지연 φ, 프로브 및 샘플 반경 R, 샘플 높이 h를 통해 계산됩니다.

Materials