Экологически-контролируемое Microtensile Тестирование Механически адаптивных полимерных нанокомпозитов для Экс естественных условиях Характеристика

Общая цель этой процедуры заключается в количественной оценке изменения жесткости нанокомпозитной структуры на основе поливинила и ацетата в зависимости от времени имплантации в ткань. Это достигается путем предварительного моделирования образцов полимерных нанокомпозитов и приклеивания их к акриловым держателям для введения в ткань и микромеханических испытаний. Вторым шагом является подготовка среды для испытания на микрорастяжение, имитирующей физиологическую среду, ex vivo с использованием источника влажности и источника лучистого тепла.

Затем образец имплантата вводится в ткань и удаляется через определенный промежуток времени. Заключительным этапом является загрузка образца в прибор для испытаний на микрорастяжение с контролируемой окружающей средой и проведение механических испытаний для определения модуля Юнга материала после указанной продолжительности имплантата. В конечном счете, это испытание на микрорастяжение под контролем окружающей среды используется для демонстрации изменений механической жесткости, измеренной по модулю Юнга, в зависимости от времени воздействия физиологической среды.

Основное преимущество этого метода по сравнению с существующими методами измерения переменных механических свойств, такими как динамический механический анализ, заключается в том, что его можно применять к микромасштабным образцам и контролировать влажность и температуру. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области нейронного взаимодействия, например, как жесткость материала имплантата влияет на воспалительную реакцию на имплантат. Во-первых, получить нанокомпозитную пленку на основе поливинилацетата толщиной от 25 до 100 микрометров, полученную методом литья в раствор и сжатия.

Далее приклейте пленку к силиконовой пластине, нагрев на горячей плите при температуре 70 градусов по Цельсию в течение двух минут. Это способствует тесному контакту между пленкой и пластиной и гарантирует, что пленка останется плоской для микрообработки. Теперь с помощью лазерной микромной обработки смоделируйте пленку в соответствии с желаемой геометрией тестового образца.

Параметры прямой правой лазерной микрообработки установлены на мощность 0,5 Вт, скорость 56 миллиметров в секунду и 1000 импульсов на дюйм станка. Образцы, которые будут использоваться для установления условий окружающей среды, называются установочными образцами в собачьи костяные структуры с размерами боковой площадки 1,5 миллиметра на 1,5 миллиметра и размерами бокового луча 300 микрометров на 3000 микрометров. Толщина пленки соответствует толщине пленки на всей машине, образцы для экспериментов ex vivo называются образцами имплантатов в пучки, размером 300 микрометров на шесть миллиметров с толщиной, соответствующей толщине пленки.

После извлечения пластины из установки микрообработки используйте лезвие бритвы и пинцет, чтобы осторожно освободить образцы от пластины для работы с образцами. Подготовьте акриловые держатели, предназначенные для использования в качестве части системы захвата в испытателе на микрорастяжение. В этом эксперименте каждый держатель имеет размеры 11 миллиметров на семь миллиметров и толщину 2,2 миллиметра и имеет два отверстия для совмещения с болтами в тестере микрорастяжения.

Маркировка, нанесенная лазером, показала центральную линию держателя на расстоянии 1,5 миллиметра от торца. Для каждого образца имплантата требуется один акриловый держатель, поместите небольшое количество клея на основе акрилового геля Sano на центральную линию акрилового держателя и аккуратно приклейте образец имплантата длиной 1,5 миллиметра к держателю, перекрывая отмеченную центральную линию. Следите за тем, чтобы адгезивный гель оставался только вдоль длины 1,5 миллиметра нанокомпозита на основе поливинилацетата, приклеиваемого к акриловому держателю

Начните с загрузки образца сухой установки в прибор для испытаний на микрорастяжение. Сначала зажим между подвижными захватами, затем между неподвижными захватами монтируют аэрограф с заполненным водой резервуаром в неподвижное положение с соплом, направленным в сторону микронатяжного образца. Подключите аэрограф к воздушному компрессору с помощью пластиковой трубки с полностью закрытой насадкой для аэрографа.

Включите воздушный компрессор. Начните процедуру циклического испытания на микрорастяжение, чередуя растягивающую деформацию и сжимающую деформацию, приложенную к образцу. Испытание должно оставаться в линейной упругой области графика напряженной деформации.

В этом случае приложенная деформация ограничена менее чем 2%В этих экспериментах скорость деформации контролировалась, в то время как измерялась необходимая сила для достижения этой деформации. Для определения желаемых условий влажности постепенно увеличивайте поток из сопла аэрографа и контролируйте наклон графика напряжения в зависимости от величины потока из аэрографа, максимальный расход, который не вызывает значительного снижения модуля Юнга в течение 60 секунд, является уровнем, который будет использоваться для экспериментов ex vivo. Наконец, измерьте температуру рядом с образцом.

Идеальная конфигурация должна включать в себя термопару с цифровым считыванием, а измерения будут выполняться во время работы аэрографа. Установите интенсивность и расстояние до источника лучистого тепла таким образом, чтобы температура образца поддерживалась на уровне 37 градусов Цельсия в соответствии с физиологическими условиями. Контрольное сравнение начинается с погружения образцов установки не менее чем на 30 минут в фосфатно-солевой буфер или PBS, чтобы дать ему возможность размягчиться до минимального модуля Юнга.

Быстро загрузите образец в прибор для испытаний на микрорастяжение и начните циклическое испытание на микрорастяжение с выключенным аэрографом, пока образец высыхает в условиях окружающей среды, ModuLite Янга, найденный на основе этих данных, покажет, как быстро образец высыхает в неконтролируемых условиях. Затем загрузите вторую настройку насыщения PBS. Образец в микротестер и начните циклическое испытание на микрорастяжение с помощью аэрографа здесь, рассчитанный мод Янга, я укажу, как быстро образец высыхает в условиях контролируемой влажности.

Возьмите образец кортикальной ткани. В этой демонстрации эксплантированная ткань поддерживается гидратированной в ванне с искусственной спинномозговой жидкостью, поддерживаемой при температуре 37 градусов Цельсия до и на протяжении всего эксперимента. Далее прикрепите образец имплантата на его держателе к зажиму микроманипулятора.

Расположите зонд так, чтобы он был ортогонально кортикальной ткани. Опустите образец полимера в кору головного мозга с помощью микром манипулятора. Ручное управление.

Оставьте образец в кортикальной ткани до тех пор, пока не истечет время установки целевого имплантата от одной до 30 минут. Примите меры предосторожности против высыхания тканей в это время, пока зонд имплантируется в кору головного мозга. Подготовьте тестер на микрорастяжение, установив сухой стержень в положение нулевого смещения на расстоянии трех миллиметров от неподвижного зажима.

Также установите настройку расхода форсунки аэрографа и настройку мощности источника лучистого тепла на значения, определенные ранее. По истечении указанного времени имплантации немедленно поднять зонд из коры головного мозга с помощью ручного управления манипулятора микром и осторожно извлечь образец из зажима манипулятора микром и отнести его на тестер микрорастяжения для начала тестирования в течение двух минут сразу после объяснения, загрузить образец между двумя комплектами зажимов для тестера микрорастяжения. Поскольку держатель образца предназначен для использования в качестве верхней половины одного зажима, поместите образец имплантата на образец подвижной рукоятки стороной вниз.

Образец должен быть установлен в центре каждого зажима, причем зажимы должны быть на одном уровне друг с другом. Это гарантирует, что деформация будет приложена только по длине датчика. Теперь отрегулируйте положение образца таким образом, чтобы расстояние между зажимами составляло три миллиметра, а конец зонда помещался в неподвижный зажим.

Расстояние между зажимами в три миллиметра — это расчетная длина образца, который будет использоваться в последующих расчетах. Сразу после закрепления образца между обоими зажимами и в течение двух минут после объяснения от нервной ткани активируйте мотор в направлении растяжения, чтобы удлинить образец с постоянной скоростью. Скорость здесь составляет 10 микрометров в секунду.

Одновременно измеряйте и записывайте удлинение образца и связанную с ним силу, необходимую для деформации образца. Остановите испытание на микрорастяжение при механическом повреждении образца или при достижении диапазона сухого стержня. Экспортируйте собранные данные для анализа.

Повторите испытание на микрорастяжение для каждого образца и/или условий имплантации. Постройте кривую зависимости напряжения от деформации для каждого образца с помощью программного обеспечения. Затем изолируйте линейную упругую часть графика.

Изолированная часть участка должна включать не менее 10 точек и должна быть взята из той части участка, где уклон наибольший. Теперь используйте программные инструменты аппроксимации кривой, чтобы найти линию наилучшего соответствия этому участку. Наклон линии наилучшего соответствия соответствует модулю Юнга образца.

Для образцов настроек, которые были протестированы в циклическом режиме, определите модуль Юнга для каждого цикла. Как только это будет сделано, постройте график зависимости модуля Юнга каждого цикла от времени. На этом графике модуль Юнга был выбран как функция времени, измеренная во время циклических испытаний на растяжение, чтобы определить правильные настройки аэрографа для контроля окружающей среды.

Затененная область — это время, в течение которого аэрограф был включен при используемых настройках аэрографа. Модуль Юнга существенно не меняется с течением времени. Это говорит о том, что количество воды, поглощенной образцом установки из аэрографа, недостаточно для снижения жесткости.

Ниже приведено соотношение модуля Юнга в зависимости от тимьяна для водонасыщенных образцов как в условиях испытаний на растяжение с контролируемой влажностью, так и в неконтролируемых условиях. Восстановление начального модуля Юнга происходит гораздо медленнее в контролируемой среде. Это свидетельствует об увеличении времени, необходимого для высыхания образца В этой среде это дополнительное время может быть использовано для проведения механических испытаний имплантированных образцов.

Это репрезентативные графики, показывающие кривые напряжения для сухого образца и влажного образца, который был имплантирован в кору головного мозга крысы в течение 30 минут. Модуль Юнга, который соответствует наклону графика последовательности напряжений в линейной упругой области, явно намного больше для сухого образца. Оба образца были процежены, чтобы проникнуть внутрь.

Этот последний график представляет собой зависимость модуля Юнга от длительности имплантата для образцов, помещенных в кору головного мозга. Примерно через пять минут после имплантации образец демонстрирует незначительные изменения в модуле Юнга. Это говорит о том, что образец достигает насыщения и минимальной жесткости за этот период времени.

При попытке проведения этой процедуры важно помнить о заблаговременном планировании, чтобы обеспечить поддержание физиологических условий как в тканях, так и в среде тестирования ex vivo. Этот метод может быть использован для оценки механических свойств других материалов с экологическими свойствами, включая биоразлагаемые материалы, и может быть выполнен для оценки скорости деградации или механической стабильности полимерных материалов in vivo.