$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wszczepialne mikrourządzenia zyskują na znaczeniu w wielu zastosowaniach biomedycznych1-4. Takie urządzenia zostały wykonane z różnych materiałów, z których każdy ma swoje zalety i wady5,6. Przede wszystkim, ze względu na wymiary urządzenia w mikroskali, wymagany jest wysoki moduł, aby ułatwić implantację w żywej tkance. I odwrotnie, sztywność urządzenia powinna pasować do otaczającej tkanki, aby zminimalizować indukowane naprężenie miejscowe7-9. Dlatego niedawno opracowaliśmy nową klasę materiałów inspirowanych biologią, aby spełnić te wymagania, reagując na bodźce środowiskowe zmianą właściwości mechanicznych10-14. W szczególności nasz nanokompozyt na bazie poli(octanu winylu) (PVAc-NC) wykazuje zmniejszenie sztywności pod wpływem wody i podwyższonych temperatur (np. temperatury ciała). Niestety, istnieje niewiele metod ilościowego określania sztywności materiałów in vivo15, a badania mechaniczne poza środowiskiem fizjologicznym często wymagają dużych próbek nieodpowiednich do implantacji. Co więcej, materiały reagujące na bodźce mogą szybko odzyskać swoją początkową sztywność po eksplantacji. W związku z tym opracowaliśmy metodę, za pomocą której właściwości mechaniczne wszczepionych mikropróbek mogą być mierzone ex vivo, z symulowanymi warunkami fizjologicznymi utrzymywanymi za pomocą kontroli wilgotności i temperatury13,16,17.
W tym celu zaprojektowano niestandardowy tester mikrorozciągania, który obsługuje próbkimikroskalowe 13,17 z bardzo zmiennymi modułami Younga (zakres od 10 MPa do 5 GPa). Ponieważ nasze zainteresowania koncentrują się na zastosowaniu PVAc-NC jako biologicznie adaptującego się podłoża sondy neuronowej, konieczne było narzędzie zdolne do mechanicznej charakterystyki próbek w mikroskali. Narzędzie to zostało przystosowane do zapewnienia kontroli wilgotności i temperatury, co zminimalizowało suszenie i chłodzenie próbki17. W rezultacie, właściwości mechaniczne eksplantowanej próbki ściśle odzwierciedlają charakterystykę próbki znajdującej się tuż przed eksplantacją.
Ogólnym celem tej metody jest ilościowa ocena właściwości mechanicznych in vivo, a konkretnie modułu Younga, materiałów na bazie polimerów reagujących na bodźce, mechanicznie adaptacyjnych. Osiąga się to poprzez uprzednie ustalenie warunków środowiskowych, które zminimalizują zmianę właściwości mechanicznych próbki po eksplantacji, nie przyczyniając się do zmniejszenia sztywności niezależnej od tej wynikającej z implantacji. Próbki są następnie przygotowywane do implantacji, przenoszenia i testowania (ryc. 1A). Każda próbka jest wszczepiana do kory mózgowej szczurów, która jest tutaj reprezentowana jako eksplantowany mózg szczura, na określony czas (ryc. 1B). W tym momencie próbka jest eksplantowana i natychmiast ładowana do testera mikrorozciągania, a następnie poddawana próbie rozciągania (rysunek 1C). Późniejsza analiza danych dostarcza informacji na temat mechanicznego zachowania tych innowacyjnych materiałów w środowisku kory mózgowej.