Urządzenie do testowania tarcia - bioreaktor do badania biomechaniki stawów maziowych, mechanobiologii i regulacji fizycznej

Tradycyjnie używaliśmy testera do badania tkanek nieożywionych w celu obliczenia współczynników tarcia, ale znacznie rozszerzamy możliwości testera do badania żywych tkanek i oceny interakcji biologicznych. Urządzenie do badania tarcia zapewnia ruch posuwisto-zwrotny i obciążenie ściskające na stykające się powierzchnie eksplantatów żywej tkanki. Urządzenie ma charakter modułowy, co pozwala na testowanie różnych powierzchni biologicznych.

Metoda ta może dostarczyć informacji na temat tego, w jaki sposób siły tarcia wpływają na mechaniczne i mechanicznobiologiczne reakcje żywej chrząstki i błony maziowej, co może prowadzić do opracowania nowych strategii utrzymania zdrowia stawów. Zacznij od zbioru błony maziowej młodocianego bydła. Za pomocą ostrza skalpela obrysuj kontur interesującego Cię obszaru błony maziowej.

Za pomocą kleszczy chwyć jeden koniec błony maziowej i delikatnie unieś, aby rozciągnąć błonę maziową dystalnie do leżącej poniżej kości. Za pomocą ostrza skalpela usuń błonę maziową z kości i umieść tkankę w odpowiedniej pożywce hodowlanej lub roztworze do kąpieli testowej. Następnie należy pobrać młodocianą chrząstkę bydlęcą, zabezpieczając kość piszczelową w regulowanym uchwycie.

Ostrożnie usuń łąkotkę, unikając kontaktu z powierzchnią chrząstki. Na zewnętrznych krawędziach płaskowyżu piszczelowego użyj noża do pudełek, aby ciąć prostopadle do chrząstki w kierunku kości. Przeciąć całkowicie chrząstkę, aby uzyskać proste krawędzie lub boki.

Usuń nadmiar tkanki. Na zewnętrznych krawędziach użyj noża do pudełek, aby wykonać czyste cięcie na styku kości i chrząstki. Aby usunąć pasek piszczelowy z powierzchni płaskowyżu, delikatnie włóż płaski śrubokręt poniżej nacięcia i delikatnie obróć, aby poluzować chrząstkę stawową z kości podchrzęstnej.

Gdy próbka się poluzuje, powoli popchnij śrubokręt do przodu, aż pasek chrząstki odłączy się od kości. Upewnij się, że śrubokręt jest dociśnięty w kierunku kości, a nie chrząstki. Za pomocą noża do pudełek przetnij powierzchnię płaskowyżu piszczelowego, aby uzyskać prostokątne próbki o pożądanym rozmiarze i grubości.

Umieścić tkankę w odpowiedniej pożywce hodowlanej lub roztworze do kąpieli testowej. Jeśli pasek piszczelowy jest używany jako dolna powierzchnia współpracująca, usuń odłączaną podstawę magnetyczną i przyklej szalkę Petriego o średnicy 60 milimetrów do górnej powierzchni odłączanej podstawy. Po przyklejeniu szalki Petriego przymocuj odłączoną podstawę do stałej podstawy i zaznacz szalkę Petriego, aby wskazać kierunek przesuwania.

Nałóż niewielką ilość cyjanoakrylanu na środek naczynia. Wyrównaj pasek piszczelowy z kierunkiem przesuwania stolika. Delikatnie dociśnij pasek chrząstki do naczynia.

Przywróć zdejmowaną podstawę magnetyczną do sparowanej stałej podstawy w testerze tarcia. Napełnij szalkę Petriego żądanym roztworem kąpieli testowej. Jeśli błona maziowa jest używana jako górna powierzchnia współpracująca, zdejmij płytę obciążeniową i pręt nośny z testera tarcia.

Umieść błonę maziową na okrągłej płycie. Aby zabezpieczyć błonę maziową, rozprowadź O-ring na jej obwodzie. Za pomocą kleszczy delikatnie pociągnij za błonę maziową, aby rozciągnąć tkankę napiętą i płasko pod O-ringiem.

Przytnij nadmiar tkanki nożyczkami chirurgicznymi. Przywróć płytę obciążeniową i pręt nośny do testera tarcia. Wyreguluj pionową wysokość płyty załadowczej w taki sposób, aby błona maziowa unosiła się nad dolną powierzchnią współpracującą i była zanurzona w kąpieli testowej.

Włóż zamontowane próbki do testera tarcia. Otwórz kompilację danych analogowych MF DAQ. Zainicjuj załaduj PID i wyzwól dynamiczne okna wywołujące w programie.

Uruchom kompilację danych analogowych MF DAQ i zainicjuj okno ładowania PID, naciskając przycisk Uruchom. Przejdź do zakładki Stepper w oknie Trigger Dynamic Caller (Wyzwalanie dynamicznego wywoływania). Określ przyspieszenie, szybkość i odległość etapu tłumaczenia w polach wprowadzania danych użytkownika.

Aby wprowadzić czas trwania testu, kliknij przycisk Otwórz folder w prawym dolnym rogu tabeli stanu czasu i wybierz ścieżkę do pliku Stepper Time Index. Następnie ponownie określ czas trwania testu w zakładce Cewka drgająca. Wybierz ścieżkę do pliku Indeks cewki drgającej, klikając przycisk Otwórz folder w prawym dolnym rogu tabeli Time State (Stan czasu) i wybierz plik.

Należy to zrobić niezależnie od tego, czy cewka drgająca jest używana, czy nie. Zastosuj normalne obciążenie. W przypadku korzystania z obciążeń własnych należy umieścić żądane obciążniki na łożyskach liniowych powyżej płyty ładunkowej.

Upewnij się, że przyłożone obciążenie oraz ciężar płyty ładunkowej i pręta nośnego nie przekraczają nośności znamionowej ogniwa obciążnikowego. Wybierz ścieżkę i nazwę pliku do przechowywania danych za pomocą przycisku Otwórz folder po prawej stronie pola Po prawej stronie pliku . Zapisz plik z rozszerzeniem txt.

Wyśrodkuj dolną powierzchnię współpracującą pod górną powierzchnią współpracującą i ustaw ją jako pozycję zero X. Aby to zrobić, uruchom okno Wyzwalaj rozmówcę dynamicznego, naciskając przycisk Uruchom. W zakładce Stepper kliknij przycisk Home, aby przesunąć scenę do ostatnio zapisanej pozycji zero X.

Jeśli powierzchnie współpracujące nie są wyrównane, przesuń stół montażowy, klikając zielone przyciski strzałek w lewo i w prawo. Po osiągnięciu żądanej lokalizacji kliknij przycisk zero, aby zapisać bieżącą lokalizację etapu jako nową pozycję zero X. Zatrzymaj okno Wyzwalaj dynamicznego rozmówcę, klikając przycisk Zatrzymaj.

Po wyśrodkowaniu górnej i dolnej powierzchni współpracującej należy rozpocząć badanie tarcia próbek, rozpoczynając cykliczny ruch stolika. Gdy stolik się przesunie, powoli doprowadź górną powierzchnię współpracującą do dołu. Pozwól testowi działać, zbierając dane z testów tarcia.

Po upływie żądanego czasu trwania badania należy zatrzymać test, naciskając przycisk Stop i rozładowując próbki, podnosząc górną powierzchnię współpracującą i przesuwając ją w taki sposób, aby nie stykała się z dolną powierzchnią współpracującą. Użyj niestandardowego kodu, aby obliczyć współczynnik tarcia i histerezę na cykl. Upewnij się, że jeden folder zawiera wszystkie odpowiednie pliki.

Otwórz przebieg cyklu tarcia. m plik. Kliknij przycisk Uruchom w skrypcie.

Wybierz plik danych pierwotnych do analizy i żądaną lokalizację zapisu. Wykresy współczynnika tarcia i histerezy zostaną wygenerowane przez MATLAB. Do badania tarciowego eksplantatów młodego bydła użyto konfiguracji błony maziowej na chrząstce, w której błona maziowa została zamontowana na akrylowej płycie obciążeniowej o średnicy 10 milimetrów, tak aby warstwa wewnętrzna stykała się z leżącą pod spodem chrząstką.

Jako powierzchnię przeciwpowierzchniową chrząstki zastosowano pasek piszczelowy. Efektywny współczynnik tarcia obliczono na podstawie średniej FT podzielonej przez FN w każdym cyklu ruchu posuwisto-zwrotnego, a następnie wykreślono w stosunku do czasu trwania testu, aby uzyskać wykres współczynnika tarcia w funkcji czasu. Dla każdego testu wartości współczynnika tarcia zostały uśrednione dla całego testu.

W kąpieli testowej PBS średnie wartości współczynnika tarcia rosły wraz ze wzrostem naprężeń kontaktowych. I odwrotnie, średnie wartości współczynnika tarcia pozostały podobne wraz ze wzrostem naprężeń kontaktowych w kąpieli w płynie maziowym bydlęcym. Pamiętaj, aby rozpocząć zbieranie danych o obciążeniu przed doprowadzeniem powierzchni do kontaktu.

Dzięki temu można obliczyć prawidłowe obciążenie własne. Tkanki i składniki kąpieli smarowej mogą być oceniane przed i po badaniu w celu oceny zmian biologicznych nadanych przez dany schemat doświadczalny.