Устройство для испытания на трение -биореактор для изучения биомеханики синовиальных суставов, механобиологии и физической регуляции

Настоящий протокол описывает устройство для испытания на трение, которое применяет одновременное обратное скольжение и нормальную нагрузку к двум контактным биологическим противовесам.

Традиционно мы использовали тестер для изучения неживых тканей для расчета коэффициентов трения, но мы значительно расширяем возможности тестера для тестирования живых тканей и оценки биологических взаимодействий. Устройство для испытания на трение обеспечивает обратное переводящее движение и сжимающую нагрузку на контактные поверхности эксплантов живой ткани. Устройство является модульным, что позволяет проводить испытания различных биологических противоборств.

Метод может дать представление о том, как силы трения влияют на механические и механикобиологические реакции живого хряща и синовиальной оболочки, что может привести к новым стратегиям поддержания здоровья суставов. Начните с сбора ювенильного коровьего синовиума. С помощью лезвия скальпеля проследите контур интересующей синовиальной области.

Используя щипцы, захватите один конец синовиума и осторожно поднимите, чтобы растянуть синовиальный отдел к подлежащей кости. Используйте лезвие скальпеля, чтобы удалить синовиум из кости и поместить ткань в соответствующую культуральную среду или тестовый раствор для ванны. Затем соберите ювенильный бычий хрящ, закрепив большеберцовую кость в регулируемом держателе.

Удалите мениск осторожно, избегая контакта с поверхностью хряща. На внешних краях плато большеберцовой кости используйте коробчатый резак, чтобы разрезать перпендикулярно хрящу по направлению к кости. Полностью прорежьте хрящ, чтобы сделать прямые края или стороны.

Удалите лишнюю ткань. На внешних краях используйте коробчатый резак, чтобы сделать чистый разрез на границе раздела между костью и хрящом. Чтобы удалить полоску большеберцовой кости с поверхности плато, аккуратно вставьте плоскоголовку под разрез и осторожно поверните, чтобы ослабить суставной хрящ от субхондральной кости.

По мере того, как образец ослабевает, медленно толкайте отвертку вперед, пока полоска хряща не отделится от кости. Убедитесь, что отвертка подталкивается к кости, а не к хрящу. Используя коробчатый резак, вырежьте поверхность плато большеберцовой кости для получения прямоугольных образцов нужного размера и толщины.

Поместите ткань в соответствующую культуральную среду или тестируемый раствор ванны. Если в качестве нижней встречной поверхности используется большеберцовая полоса, снимите съемное магнитное основание и приклейте чашку Петри диаметром 60 миллиметров к верхней поверхности съемного основания. Приклеив чашку Петри на место, прикрепите отдельно стоящее основание к неподвижному основанию и отметьте чашку Петри, чтобы указать направление скольжения.

Нанесите небольшое количество цианоакрилата к центру блюда. Выровняйте полосу большеберцовой кости с направлением скольжения сцены. Аккуратно прижмите хрящевую полоску к блюду.

Восстановите съемное магнитное основание на его парном неподвижном основании в тестере трения. Наполните чашку Петри желаемым тестовым раствором для ванны. Если синовиум используется в качестве верхней встречной поверхности, снимите нагрузочный валик и опорный стержень из тестера трения.

Поместите синовиум на верхнюю часть круглого ватина. Чтобы закрепить синовиум, распределите уплотнительное кольцо по его окружности. Используя щипцы, осторожно потяните синовиум, чтобы растянуть ткань подтянутой и плоской под уплотнительным кольцом.

Обрежьте лишнюю ткань хирургическими ножницами. Восстановите нагрузочное валик и опорный стержень в тестере трения. Отрегулируйте вертикальную высоту загрузочного валика таким образом, чтобы синовий навис над нижней встречной поверхностью и погружался в испытательную ванну.

Вставьте установленные образцы в устройство для испытания трения. Откройте аналоговую сборку данных MF DAQ. Инициализируйте Загрузку PID и Триггер Динамический Вызывающий Окна в программе.

Запустите сборку аналоговых данных MF DAQ и инициализируйте окно загрузки PID, нажав кнопку Выполнить. Перейдите на вкладку Stepper в окне Триггер динамического вызывающего абонента. Укажите ускорение, скорость и расстояние до этапа перевода в полях ввода пользователя.

Чтобы ввести продолжительность теста, нажмите кнопку «Открыть папку» в правом нижнем углу таблицы «Состояние времени» и выберите путь к файлу «Индекс шагового времени». Затем снова укажите продолжительность теста на вкладке «Голосовая катушка». Выберите путь к файлу Voice Coil Index, нажав кнопку «Открыть папку» в правом нижнем углу таблицы «Состояние времени», и выберите файл.

Это должно быть выполнено независимо от того, используется звуковая катушка или нет. Примените нормальную нагрузку. При использовании дедвейта установите желаемые грузы на линейные подшипники над нагрузочным валиком.

Убедитесь, что приложенная нагрузка плюс вес загрузочного валика и опорного стержня не превышают номинальную производительность тензодатчика. Выберите путь и имя файла для хранения данных с помощью кнопки Открыть папку справа от поля Право на файл. Сохраните файл с расширением txt.

Центрируйте нижнюю контрфас под верхней противоположностью и установите ее как нулевую позицию X. Для этого запустите окно Триггер Динамического Вызывающего абонента, нажав кнопку Выполнить. На вкладке Stepper нажмите на кнопку Home, чтобы переместить сцену в последнюю сохраненную нулевую позицию X.

Если счетчики не выровнены, переместите рабочую область, щелкнув зеленые кнопки со стрелками влево и вправо. Когда нужное местоположение будет достигнуто, нажмите кнопку «Ноль», чтобы сохранить текущее местоположение этапа как новую нулевую позицию X. Остановите окно Триггер Динамического Вызывающего абонента, нажав кнопку Стоп.

Как только верхняя и нижняя противоположности будут центрированы, начните испытание образцов на трение, начав циклическое движение ступени. Как только ступень сдвинется, медленно соприведите верхнюю противоположность к нижней. Пусть тест запущен, собирая данные испытаний на трение.

По истечении требуемой продолжительности испытания остановите испытание, нажав кнопку Stop и выгрузив образцы, подняв верхнюю встречную поверхность и переместив ее вне контакта с нижней встречной поверхностью. Используйте пользовательский код для расчета коэффициента трения и гистерезиса за цикл. Убедитесь, что одна папка содержит все соответствующие файлы.

Откройте цикл трения. m файл. Нажмите кнопку Выполнить в скрипте.

Выберите файл необработанных данных для анализа и нужное место сохранения. Коэффициент трения и графики гистерезиса будут выведены MATLAB. Конфигурация синовия-на-хряще использовалась для испытания на трение ювенильных эксплантов крупного рогатого скота, где синовиум был установлен на акриловом нагрузочном валике диаметром 10 миллиметров таким образом, чтобы интимальный слой контактировал с нижележащим хрящом.

В качестве противогранника хряща использовалась полоса большеберцовой кости. Эффективный коэффициент трения был рассчитан на основе среднего значения FT, деленного на FN за каждый поршневой цикл, а затем построен на основе продолжительности испытания для получения графика коэффициента трения по отношению ко времени. Для каждого испытания значения коэффициентов трения были усреднены по всему испытанию.

В испытательной ванне PBS средние значения коэффициента трения увеличивались по мере увеличения контактного напряжения. И наоборот, средние значения коэффициента трения оставались аналогичными, поскольку контактное напряжение увеличивалось в бычьей синовиальной жидкостной ванне. Не забудьте начать сбор данных о нагрузке, прежде чем соприкасать поверхности.

Это гарантирует, что правильная нагрузка на тару может быть рассчитана. Компоненты тканей и смазочных ванн могут быть оценены до и после тестирования для оценки биологических изменений, передаваемых данным экспериментальным режимом.