Измерение вязкоупругих свойств ткани мозга мыши с помощью реометрии

Abstract

Источник: Canovic, E. P., et al. Характеристика многомасштабных механических свойств ткани головного мозга с помощью атомно-силовой микроскопии, ударного индентирования и реометрии. J. Vis. Exp. (2016)

В этом видео реометр был использован для приложения контролируемого колебательного вращательного движения к ткани мозга для создания деформации сдвига и оценки вязких и эластичных свойств ткани. Реометр, как функциональный инструмент, дает представление о механике мозга во время травм или нейродегенеративных заболеваний.

Protocol

Все процедуры, связанные с образцами животных, были рассмотрены и одобрены соответствующим комитетом по этической экспертизе животных.

1. Rheology
   1. Настройте и откалибруйте реометр в соответствии с инструкциями производителя.
      1. Инициализируйте работу реометра, открыв прибор/панель управления. На вкладке панели управления нажмите «инициализировать».
      2. Установите измерительную пластину диаметром 25 мм (PP25) и тепловую систему.
      3. (Дополнительный) Чтобы уменьшить скольжение между пластинами реометра и тканью, вырежьте из наждачной бумаги срезы клейкой бумаги, которые соответствуют форме верхней пластины реометра, и приклейте наждачную бумагу к верхней и нижней пластине.
      4. Установите контакт между верхней и нижней пластинами, нажав «установить нулевой зазор» на панели управления.
      5. Обнулите нормальный преобразователь силы, нажав «сбросить нормальное усилие».
      6. Проведите испытание на инерцию, открыв вкладку «Сервис» на панели управления, нажав «Измерительная система», а затем «Испытание на инерцию». Фиксируйте старую и новую инерцию. Убедитесь, что инерция находится в пределах допустимого предела для пробника, указанного производителем.
2. Загрузите образец в реометр.
   1. После сбора ткани и разрезания коронального сегмента мозга свиньи до толщины ~5 мм храните его на льду в CO2-независимой среде.
   2. Поместите мозг между двумя пластинами. Удалите крупные капли воды с верхней и нижней поверхности образца, чтобы предотвратить соскальзывание, но не пересушивайте образец.
   3. Медленно опускайте измерительную пластину до тех пор, пока пластина не войдет в полный контакт с верхней поверхностью ткани и измеренная нормальная сила не станет постоянной на уровне 0,01 мН после 5-10-минутного периода релаксации.
      1. На панели управления введите последовательно более низкие высоты в поле положения измерения и нажмите «положение измерения», чтобы медленно опустить измерительную пластину.
      2. При контакте с тканью на расстоянии миллиметра опускайте измерительную пластину с шагом 0,1 мм до тех пор, пока пластина не будет полностью соприкасаться с верхней поверхностью ткани. Убедитесь, что измеренная нормальная сила постоянно находится на уровне 0,01 мН после 5-10-минутного периода отдыха.
      3. Запишите исходное измеренное нормальное усилие. Повторные измерения должны проводиться при одних и тех же сжимающих напряжениях/деформациях.
   4. Если проба превышает диаметр пластины, обрежьте ее пластиковым лезвием. Пипеткой нанесите небольшой объем (~1-2 мл) среды на края образца для увлажнения ткани.
   5. (Дополнительный) Опустите термовытяжку. На панели управления установите температуру 37 °C и нажмите «установить».
3. Выполните амплитудный развертку, чтобы установить линейный вязкоупругий диапазон материала (т.е., деформации сдвига, при которых G' и G'') на интересующих частотах (e., 1 рад/сек).
   1. Выберите "файл/новый". На вкладке геля выберите «Развертка по амплитуде: LVE-диапазон». Выберите окно и нажмите "Измерение 1: Развертка по амплитуде". Дважды кликните по осцилляционному блоку. Введите начальную и конечную деформацию (e., от 0.01 до 105), частоту (e.g., 1 рад/сек) и количество точек за декаду (e., 6 точек/декция). Выберите «ОК» и нажмите «Начать».
   2. Повторите эту процедуру для нескольких срезов с повторными попытками, чтобы обеспечить постоянство линейного упругого диапазона. Осевое сжатие образца должно оставаться постоянным между образцами.
4. Проведите частотный развертку ткани при деформации в линейном вязкоупругом диапазоне ткани (, например, 1% деформации) и в интересующем частотном диапазоне (, например, 0,1-100 рад/сек).
   1. Нажмите «Файл/Новый» и на вкладке геля выберите «Частотный развертка». Нажмите Окно/Измерение 1: Развертка по частоте. Дважды кликните по осцилляционному блоку. Введите диапазон частот (, например, , от 0,1 до 100 рад/сек), напряжение (, например, , 1% деформации) и количество точек за десятилетие (e., 6 точек/декция). Выберите «OK» и нажмите «Start», чтобы начать частотный развертку.
5. Повторите частотный развертку (шаг 1.4) в дубликатах или тройках.

Просмотрите данные, которые автоматически рассчитываются и экспортируются реометром: G' и G"} в зависимости от частоты (развертка по частоте) или деформации сдвига (развертка по амплитуде). ПРИМЕЧАНИЕ: G' и G''} рассчитываются из (максимальной) амплитуды реактивного крутящего момента образца T'0, угла поворота (или угла отклонения) φ°, и фазового запаздывания φ реакции образца на приложенную колебательную деформацию (Рисунок 1):

где R и h - радиус и высота образца.

Results

Рисунок 1. Иллюстрация экспериментов с реометром с параллельными пластинами. (A) Схема эксперимента с реометром с параллельными пластинами и определения, относящиеся к приложенной колебательной деформации сдвига. (B) Репрезентативная приложен...

Materials