Środowiskowa dynamiczna analiza mechaniczna w celu przewidywania mięknienia implantów neuronowych

Metoda ta pomaga w monitorowaniu, w jaki sposób właściwości materiałowe urządzeń do implantacji mogą się zmieniać po wprowadzeniu do ciała, w szczególności zmiękczenie materiałów. Główną zaletą tej techniki jest to, że oferuje prostą metodę in vitro, która naśladuje warunki in vivo, a tym samym minimalizuje potrzebę przeprowadzania testów na zwierzętach. Metoda ta jest szczególnie interesująca w przypadku testowania właściwości termomechanicznych materiału, który będzie stosowany w urządzeniach do implantacji w ogóle i nie ogranicza się do bioelektroniki.

Ładowanie próbki i pomiar próbki w wilgotnych warunkach są nieco skomplikowane i mogą powodować niewiarygodne wyniki testu, jeśli nie zostaną wykonane prawidłowo. Rozpocznij od zmieszania ilościowych ilości tiolu z monomerami alkenów z fotoinicjatorem o łącznej zawartości 1 procenta wagowego. Przykryj 20-mililitrową szklaną fiolkę folią aluminiową, aby zapobiec kontaktowi padającego światła z roztworem monomeru, i użyj plastikowej pipety do utylizacji, aby dodać do fiolki 50 procent molowych TATATO, 45 molowych procent TMTMP i pięć molowych procent TMICN.

Następnie dodaj 1 procent wagowy fotoinicjatora DMPA do fiolki i użyj mieszania z prędkością planetarną, aby wymieszać zawartość fiolki bez wystawiania roztworu na działanie światła. Po dokładnym wymieszaniu zawartości, powstałą mieszaninę prepolimeru tiolowo-enowego należy obtoczyć w pięciu warstwach o grubości 50 mikrometrów i natychmiast przenieść folie polimerowe na podłoże nośne w komorze sieciującej. Następnie fotopolimeryzuj folie przez 60 minut pod 365-nanometrowymi żarówkami ultrafioletowymi, a następnie utwardzaj w piecu próżniowym przez 24 godziny w temperaturze 120 stopni Celsjusza, aby jeszcze bardziej zakończyć konwersję.

Gdy polimery całkowicie się utwardzą, użyj lasera dwutlenku węgla, aby pociąć folie na prostokąty o szerokości 4,5 milimetra i długości 50 milimetrów w celu przeprowadzenia dynamicznych testów mechanicznych. Aby skonfigurować dynamiczny analizator mechaniczny, należy wyposażyć maszynę w uchwyt zanurzeniowy w trybie naprężenia. Podłącz ciekły azot do maszyny i włącz ciekły azot w powietrzu jako źródło gazu dla pieca.

Napisz metodę pomiaru na sucho za pomocą oprogramowania maszyny, w tym kondycjonowanie, rampę temperatury oscylacji i koniec kondycjonowania etapów testu. Następnie napisz metodę testowania zanurzeniowego za pomocą oprogramowania maszyny, w tym kondycjonowanie, czas oscylacji, rampę temperatury oscylacji i koniec etapów testu kondycjonowania. Gdy analizator jest gotowy, użyj suwmiarki z dokładnością do 001 milimetra, aby zmierzyć rzeczywistą grubość próbki polimeru do testów na sucho w powietrzu, a następnie wprowadź nazwę próbki, opis i geometrię próbki do oprogramowania.

Ustaw szczelinę ładunkową na 15 milimetrów i załaduj próbkę. Upewnij się, że wyśrodkowałeś i wyrównałeś próbkę przed dokręceniem clamps. Następnie zamknij piec i rozpocznij pomiar na sucho.

Po zakończeniu pomiaru otwórz piec i wyjmij próbkę polimeru z maszyny. Aby zmierzyć rzeczywistą grubość próbki polimeru do testów zanurzeniowych, najpierw zmierz próbkę suwmiarką z dokładnością do 001 milimetra, a następnie wprowadź nazwę próbki, opis i geometrię próbki do oprogramowania. Przygotuj zestaw z zlewką zanurzeniową zamocowaną za pomocą zacisku na górnym uchwycie i ustaw szczelinę załadunkową na 15 milimetrów.

Załaduj próbkę, upewniając się, że próbka została wyśrodkowana i wyrównana, a następnie dokręć zaciski. Umieść wannę zanurzeniową na dolnej armaturze i mocno zabezpiecz wannę. Następnie napełnij wannę PBS o temperaturze pokojowej.

Umieść pokrywę na kąpieli, zamknij piec i natychmiast rozpocznij pomiar zanurzenia, potwierdzając, że odpływ jest zamknięty. Ważne jest, aby rozpocząć pomiar tak szybko, jak to możliwe po napełnieniu zlewki PBS, aby zapewnić uchwycenie pełnego zakresu zmiękczenia. Po zakończeniu pomiaru otwórz odpływ, aby wyjąć PBS z kąpieli zanurzeniowej i otwórz piec.

Następnie zdejmij pokrywkę ze zlewki, odkręć i podnieś zlewkę zanurzeniową, a następnie wyjmij próbkę polimeru z urządzenia. Wykorzystanie trybu pomiaru temperatury i czasu w protokole pozwala na porównanie profili mięknienia różnych preparatów polimerowych. Połączenie pomiarów suchej dynamicznej analizy mechanicznej i pomiarów zanurzeniowych w PBS pozwala na ocenę indukowanej wodą plastyfikacji różnych preparatów polimerowych, co ilustruje spadek temperatury zeszklenia i ogólne przesunięcie w dół krzywych modułu.

Zmiękczanie polimerów do zastosowań in vivo działa najskuteczniej, gdy suchy polimer ma temperaturę zeszklenia wyższą od temperatury ciała, ale niższą od temperatury w stanie mokrym. W ten sposób moduł polimeru spada z modułu szklistego do gumowatego po zanurzeniu w warunkach fizjologicznych. Gdy temperatura zeszklenia zarówno w stanie suchym, jak i mokrym polimeru jest znacznie wyższa od temperatury ciała, polimer nie zmięknie w warunkach fizjologicznych.

Metoda ta pozwala na zastąpienie PBS innymi odpowiednimi rozwiązaniami naśladującymi zachowanie biomateriałów w innych środowiskach.