Teste de microtração ambientalmente controlado mecanicamente adaptativas nanocompósitos poliméricos para Ex vivo Caracterização

O objetivo geral deste procedimento é quantificar a mudança na rigidez em uma estrutura nano composta à base de acetato de polivinil em função do tempo implantado no tecido. Isso é feito primeiro padronizando as amostras de nanocompósitos de polímero e aderindo-as a suportes de acrílico para inserção em tecidos e testes micromecânicos. O segundo passo é preparar um ambiente de teste de micro tração para imitar o ambiente fisiológico, ex vivo usando uma fonte de umidade e uma fonte de calor radiante.

Em seguida, a amostra do implante é inserida no tecido e removida após um período especificado. A etapa final é carregar a amostra no testador de microtração controlado ambientalmente e realizar o teste mecânico para determinar o módulo de Young do material após a duração especificada do implante. Em última análise, este teste de microtração ambientalmente controlado é usado para mostrar as mudanças na rigidez mecânica medida pelo módulo de Young em função do tempo exposto ao ambiente fisiológico.

A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes de medição de propriedades mecânicas variáveis, como a análise mecânica dinâmica, é que ela pode ser aplicada a amostras em microescala e a umidade e a temperatura podem ser controladas. Esse método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da interface neural, como como a resposta inflamatória a um implante é afetada pela rigidez do material do implante. Primeiro, obtenha filme nanocompósito à base de acetato de polivinila com espessura de 25 a 100 micrômetros produzido com uma técnica de fundição e compressão em solução.

Em seguida, cole o filme a um wafer de silicone aquecendo em uma placa quente a 70 graus centígrados por dois minutos. Isso promove o contato íntimo entre o filme e o wafer e garante que o filme permaneça plano para microusinagem. Agora use a usinagem microm a laser para padronizar o filme nas geometrias desejadas da amostra de teste.

Os parâmetros de microusinagem a laser direto direito são definidos para uma potência de 0,5 watts, uma velocidade de 56 milímetros por segundo e 1000 pulsos por polegada de máquina. As amostras que serão usadas para estabelecer as condições ambientais chamadas de amostras de configuração em estruturas em forma de osso de cachorro com dimensões de almofada lateral de 1,5 milímetros por 1,5 milímetros e dimensões de feixe lateral de 300 micrômetros por 3000 micrômetros. A espessura corresponde à do filme em toda a máquina as amostras para experimentos ex vivo chamados de amostras de implantes em feixes, 300 micrômetros por seis milímetros com uma espessura correspondente à do filme.

Depois de remover o wafer da configuração de microusinagem, use uma lâmina de barbear e uma pinça para liberar cuidadosamente as amostras do wafer para manusear as amostras. Prepare suportes de acrílico projetados para servir como parte do sistema de aderência no testador de microtração. Neste experimento, cada suporte tem 11 milímetros por sete milímetros com uma espessura de 2,2 milímetros e tem dois orifícios para alinhar com os parafusos no micro testador de tração.

As marcações gravadas a laser mostravam a linha central do suporte a 1,5 milímetros da extremidade. Cada amostra de implante requer um suporte de acrílico, coloque uma pequena quantidade de adesivo à base de gel acrílico Sano na linha central do suporte de acrílico e cole cuidadosamente um comprimento de 1,5 milímetro da amostra de implante ao suporte sobrepondo a linha central marcada. Tenha cuidado para garantir que o gel adesivo permaneça apenas ao longo do comprimento de 1,5 milímetro do nanocompósito à base de acetato de polivinila que está sendo aderido ao suporte de acrílico.

Comece carregando uma amostra de configuração seca no testador de microtração. Primeiro apertando entre as garras móveis, depois entre as garras fixas, monte um aerógrafo com um reservatório cheio de água em uma posição fixa com o bico direcionado para a amostra de microtração. Conecte o aerógrafo a um compressor de ar por meio de um tubo de plástico com o bico do aerógrafo completamente fechado.

Ligue o compressor de ar. Iniciar o procedimento de ensaio de microtração cíclica, alternando entre a deformação de tração e a deformação de compressão aplicada à amostra. O ensaio deve permanecer na região elástica linear do gráfico tensão-deformação.

Neste caso, a deformação aplicada é limitada a menos de 2%Nesses experimentos, a taxa de deformação foi controlada enquanto a força necessária para atingir essa deformação foi medida. Para determinar as condições de umidade desejadas, aumente gradualmente o fluxo do bico do aerógrafo e monitore a inclinação do gráfico do trem de tensão em função da quantidade de fluxo do aerógrafo, o fluxo máximo que não causa uma redução significativa no módulo de Young em um período de 60 segundos é o nível que será usado para os experimentos ex vivo. Finalmente, meça a temperatura perto da amostra.

Uma configuração ideal incluiria um termopar com leitura digital e as medições seriam realizadas enquanto o aerógrafo estiver operando. Defina a intensidade e a distância de uma fonte de calor radiante de modo que a temperatura da amostra seja mantida em 37 graus Celsius para corresponder às condições fisiológicas. A comparação de controle começa com a imersão das amostras de configuração por pelo menos 30 minutos em solução salina tamponada com fosfato ou PBS para permitir que amoleçam até o módulo de Young mínimo.

Carregue rapidamente uma amostra no testador de micro tração e comece o teste de micro tração cíclica com o aerógrafo desligado enquanto a amostra seca em condições ambientais, o ModuLite de Young encontrado a partir desses dados indicará a rapidez com que a amostra seca em condições não controladas. Em seguida, carregue uma segunda configuração saturada de PBS. Amostra no micro testador e comece o teste de micro tração cíclica com o aerógrafo aqui, o mod de Young calculado, indicarei a rapidez com que a amostra seca sob condições de umidade controlada.

Fixe uma amostra de tecido cortical. Nesta demonstração, o tecido explantado é mantido hidratado em um banho de líquido cefalorraquidiano artificial mantido a 37 graus Celsius antes e durante o experimento. Em seguida, anexe uma amostra de implante em seu suporte a uma pinça micro manipuladora.

Posicione a sonda de forma que fique ortogonal ao tecido cortical. Abaixe a amostra de polímero no córtex usando o manipulador microm. Controles manuais.

Deixe a amostra no tecido cortical até que o tempo alvo do implante tenha decorrido entre um e 30 minutos. Tome precauções contra o ressecamento do tecido durante esse período enquanto a sonda é implantada no córtex. Prepare o testador de microtração ajustando a haste seca para a posição de deslocamento zero de três milímetros do grampo estacionário.

Defina também a configuração de fluxo do bico do aerógrafo e a configuração de potência da fonte de calor radiante para os valores determinados anteriormente. No final do tempo de implante especificado, levante a sonda para fora do córtex usando os controles manuais do manipulador microm imediatamente e remova cuidadosamente a amostra da braçadeira do manipulador microm e leve-a ao testador de microtração para começar o teste dentro de dois minutos imediatamente após a explicação, carregue a amostra entre os dois conjuntos de braçadeiras do testador de micro tração. Como o porta-amostras foi projetado para servir como a metade superior de um grampo, coloque o conjunto de amostras do implante no lado da amostra da alça móvel voltado para baixo.

A amostra deve ser montada no centro de cada grampo e os grampos devem estar nivelados um em relação ao outro. Isso garante que a deformação seja aplicada apenas ao longo do comprimento da sonda. Agora ajuste a posição da amostra de forma que a distância entre os grampos seja de três milímetros e a extremidade da sonda seja colocada no grampo fixo.

O comprimento de três milímetros entre os grampos é o comprimento do medidor da amostra a ser usado em cálculos posteriores. Imediatamente após prender a amostra entre os dois grampos e dentro de dois minutos após a explicação do tecido neural, ative o motor na direção de tração para alongar a amostra a uma taxa constante. A taxa aqui é de 10 micrômetros por segundo.

Meça e registre simultaneamente o alongamento da amostra e a força associada necessária para esticar a amostra. Interrompa o teste de microtração em caso de falha mecânica da amostra ou quando a faixa de haste seca for atingida. Exporte os dados coletados para análise.

Repita o teste de microtração para cada amostra e/ou condição de implantação. Trace a curva de tensão versus deformação para cada amostra usando software. Em seguida, isole a parte elástica linear do gráfico.

A parte isolada da parcela deve incluir pelo menos 10 pontos e deve ser retirada da seção da parcela onde a inclinação é maior. Agora use ferramentas de ajuste de curva baseadas em software para encontrar a linha de melhor ajuste para esta parte. A inclinação da linha de melhor ajuste corresponde ao módulo de Young da amostra.

Para as amostras de configuração que foram testadas no modo cíclico, determine o módulo de Young para cada ciclo. Feito isso, trace o módulo de Young de cada ciclo versus tempo. Este gráfico escolheu o módulo de Young em função do tempo, medido durante os testes de tração cíclica para determinar as configurações corretas de aerógrafo para controlar o ambiente.

A região sombreada é o tempo durante o qual o aerógrafo foi ligado nas configurações de aerógrafo usadas. O módulo de Young não muda significativamente ao longo do tempo. Isso sugere que a quantidade de água absorvida pela amostra de configuração do aerógrafo não é suficiente para contribuir para uma redução na rigidez.

Aqui está o módulo de Young versus tomilho para amostras saturadas de água em ambientes de teste de tração controlados e não controlados por umidade. A recuperação do módulo de Young inicial é muito mais lenta no ambiente controlado. Isso demonstra o aumento do tempo necessário para a secagem da amostra Nesse ambiente, esse tempo extra pode ser utilizado para realizar testes mecânicos em amostras que foram implantadas.

Estes são gráficos representativos que mostram as curvas do trem de estresse para uma amostra seca e uma amostra úmida que foi implantada em um córtex de rato por 30 minutos. O módulo de Young, que corresponde à inclinação da parcela do trem de tensão na região elástica linear, é claramente muito maior para a amostra seca. Ambas as amostras foram forçadas para entrar.

Este gráfico final é o módulo de Young versus a duração do implante para as amostras colocadas no córtex. Após cerca de cinco minutos de implantação, a amostra apresenta pouca alteração no módulo de Young. Isso sugere que a amostra atinge saturação e rigidez mínima dentro desse período de tempo.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de planejar com antecedência para garantir que as condições fisiológicas no tecido e no ambiente de teste ex vivo possam ser mantidas. Este método pode ser usado para avaliar o comportamento mecânico de outros materiais com propriedades dependentes do ambiente, incluindo materiais biodegradáveis e pode ser realizado para avaliar a taxa de degradação ou estabilidade mecânica de materiais poliméricos in vivo.