Um dispositivo de teste de atrito-bioreator para estudo de biomecânica articular sinovial, mecanobiologia e regulação física

Tradicionalmente, usamos o testador para estudar tecidos não vivos para calcular coeficientes de atrito, mas estamos expandindo significativamente as capacidades do testador para testar tecidos vivos e avaliar interações biológicas. O dispositivo de teste de atrito fornece movimento de tradução recíproca e carga compressiva para superfícies de contato de explanações de tecido vivo. O dispositivo é modular, permitindo o teste de várias contrafaces biológicas.

O método poderia fornecer uma visão de como as forças de atrito afetam as respostas mecânicas e mequenicobiológicas da cartilagem viva e do sinovia, o que pode levar a novas estratégias de manutenção da saúde articular. Comece colhendo o sinovium bovino juvenil. Usando uma lâmina de bisturi, rastreie o contorno da região do sinolio de interesse.

Usando fórceps, segure uma extremidade do sinolário e levante suavemente para esticar o distal do sinolio até o osso subjacente. Use uma lâmina de bisturi para remover o sinolio do osso e coloque o tecido em mídia cultural apropriada ou teste a solução de banho. Em seguida, colide a cartilagem bovina juvenil, fixando a tíbia em um suporte ajustável.

Remova o menisco cuidadosamente, evitando contato com a superfície da cartilagem. Nas bordas externas do platô tibial, use um cortador de caixa para cortar perpendicularmente à cartilagem em direção ao osso. Corte completamente através da cartilagem para fazer bordas retas ou laterais.

Remova o excesso de tecido. Nas bordas externas, use o cortador de caixa para fazer um corte limpo na interface entre o osso e a cartilagem. Para remover a tira tibial da superfície do planalto, insira delicadamente uma chave de fenda plana abaixo do corte e gire suavemente para afrouxar a cartilagem articular do osso subcondral.

À medida que a amostra se solta, empurre lentamente a chave de fenda para a frente até que a tira da cartilagem se desprende do osso. Certifique-se de que a chave de fenda é empurrada em direção ao osso, não à cartilagem. Usando um cortador de caixa, corte a superfície do platô tibial para produzir amostras retangulares de tamanho e espessura desejados.

Coloque o tecido em meios de cultura apropriados ou testando a solução de banho. Se a tira tibial for usada como contraface inferior, remova a base magnética destacável e cole uma placa de Petri de 60 milímetros de diâmetro à superfície superior da base destacável. Com a placa de Petri colada no lugar, conecte a base destacada à base fixa e marque a placa de Petri para indicar uma direção deslizante.

Aplique uma pequena quantidade de cianoacrilato no centro do prato. Alinhe a tira tibial com a direção deslizante do palco. Pressione suavemente a tira da cartilagem sobre o prato.

Restaurar a base magnética removível à sua base fixa emparelhada no testador de atrito. Encha a placa de Petri com a solução desejada de banho de teste. Se o sinovia for usado como contraface superior, remova a placa de carregamento e a haste de suporte do testador de atrito.

Coloque o sinovia em cima da placa circular. Para proteger o sinovia, espalhe um o-ring sobre sua circunferência. Usando fórceps, puxe suavemente o sinolário para esticar o tecido esticado e plano sob o anel O.

Corte o excesso de tecido com uma tesoura cirúrgica. Restaure a placa de carregamento e a haste de suporte no testador de atrito. Ajuste a altura vertical da placa de carregamento de tal forma que o sinolio paire sobre a contraface inferior e esteja submerso no banho de teste.

Insira as amostras montadas no dispositivo de teste de atrito. Abra a compilação de dados analógicos MF DAQ. Inicialize o Load PID e a trigger Dynamic Caller Windows no programa.

Execute a compilação de dados analógicos MF DAQ e inicialize a janela PID de carga pressionando o botão Executar. Navegue até a guia Stepper na janela 'Chamada dinâmica do gatilho'. Especifique a aceleração, a velocidade e a distância do estágio de tradução nas caixas de entrada do usuário.

Para inserir a duração do teste, clique no botão Pasta Aberta no canto inferior direito da tabela Time State e selecione o caminho do arquivo Stepper Time Index. Em seguida, especifique novamente a duração do teste na guia Bobina de voz. Selecione o caminho do arquivo Índice de Bobina de Voz clicando no botão 'Pasta aberta' no canto inferior direito da tabela Estado de tempo e selecione o arquivo.

Isto deve ser realizado se a bobina de voz é usada ou não. Aplique a carga normal. Se usar pesos mortos, coloque pesos desejados nos rolamentos lineares acima da placa de carregamento.

Certifique-se de que a carga aplicada mais o peso da placa de carregamento e da haste de suporte não superem a capacidade de célula de carga. Selecione o caminho e o nome do arquivo para armazenamento de dados usando o botão Abrir pasta à direita da caixa Direito de Arquivo. Salve o arquivo com uma extensão txt.

Centralizar a contraface inferior por baixo do contra-rosto superior e definir isso como a posição zero X. Para fazer isso, execute a janela Trigger Dynamic Caller pressionando o botão Executar. Na guia Stepper clique no botão Home para mover o palco para a última posição zeX salva.

Se as contraface não estiverem alinhadas, mova o palco clicando nos botões verde esquerda e direita da seta. Quando o local desejado for alcançado, clique no botão zero para salvar a localização do estágio atual como a nova posição zero X. Pare a janela 'Chamada dinâmica do gatilho', clicando no botão Parar.

Uma vez centradas as contrafaces superior e inferior, inicie o teste de atrito das amostras iniciando o movimento cíclico do estágio. Uma vez que o palco se move, lentamente coloque o contra-rosto superior em contato com a parte inferior. Deixe o teste funcionar, coletando os dados de teste de atrito.

Após a duração desejada do teste, pare o teste pressionando o botão Stop e descarregando os espécimes levantando o contraface superior e movendo-o para fora do contato com o contraface inferior. Use o código personalizado para calcular o coeficiente de atrito e a histerese por ciclo. Certifique-se de que uma única pasta contenha todos os arquivos relevantes.

Abra a execução do ciclo de atrito. arquivo m. Clique no botão Executar no script.

Selecione o arquivo de dados bruto para analisar e o local de salvamento desejado. O coeficiente de atrito e as parcelas de histerese serão produzidos pelo MATLAB. Uma configuração de sinovial-na-cartilagem foi usada para testar explants bovinos juvenis onde o sinolio foi montado em uma placa de carregamento acrílico de 10 milímetros de diâmetro, de tal forma que a camada intimal estaria em contato com a cartilagem subjacente.

Uma tira tibial foi usada como contraface de cartilagem. Um coeficiente de atrito eficaz foi calculado a partir da média de FT dividido por FN ao longo de cada ciclo recíproco e, em seguida, plotado contra a duração do teste para produzir um coeficiente de atrito versus tempo parcela. Para cada teste, os valores do coeficiente de atrito foram mediados ao longo de todo o teste.

Em um banho de teste de PBS, os valores médios do coeficiente de atrito aumentaram à medida que o estresse de contato aumentava. Por outro lado, os valores médios do coeficiente de atrito permaneceram semelhantes à medida que o estresse de contato aumentava em um banho de fluido sinovial bovino. Lembre-se de começar a coletar dados de carga antes de colocar as superfícies em contato.

Isso garante que uma carga de tare adequada possa ser calculada. Os componentes do banho de tecido e lubrificante podem ser avaliados antes e depois dos testes para avaliar as alterações biológicas transmitidas por um determinado regime experimental.