כדי לאפשר תחזיות אמין של ריכוך של מצעים פולימריים עבור שתלים עצביים סביבה ויוו , זה חשוב שתהיה שיטה אמינה במבחנה . כאן מוצג השימוש של ניתוח מכני דינאמי בתוך תמיסת מלח פוספט buffered בטמפרטורת הגוף.
כאשר משתמש סובסטרטים ריכוך באופן דינמי עבור שתלים עצביים, זה חשוב שתהיה שיטה אמינה במבחנה כדי לאפיין את ההתנהגות ריכוך של חומרים אלה. בעבר, לא היה אפשר למדוד באופן משביע רצון של ריכוך של סרטים רזה בתנאים לחקות סביבה הגוף ללא מאמץ ניכר. פרסום זה מציג שיטה חדשה ופשוטה המאפשרת ניתוח מכני דינמי (DMA) של פולימרים בתחום פתרונות, כגון פוספט buffered תמיסת מלח (PBS), בטמפרטורות הרלוונטיים. השימוש של DMA הסביבה מאפשרת מדידה של ההשפעות ריכוך של פולימרים עקב plasticization מדיה שונים, טמפרטורות, אשר ולכן מאפשר חיזוי של התנהגות חומרים בתנאים ויוו .
דור חדש של החומרים המשמשים בשם דיאלקטריים עבור שתלים עצביים כוללת ריכוך צורה זיכרון פולימרים1,2,3,4,5,6,7 8, ,9. חומרים אלה הם מספיק קשים במהלך ההשתלה כדי להתגבר על כוחות קריטי קריסה, אך הם הופכים עד שלושה סדרי גודל רך יותר לאחר ההשתלה בסביבת הגוף. הוא ניבא כי חומרים אלה מראים של אינטראקציה רקמות מכשיר טוב יותר בשל ההתאמה מופחתת במודולוס לעומת חומרים מסורתיים המשמשים השתלת עצבים, כגון טונגסטן או סיליקון. מסורתי, נוקשות התקנים מראים תגובה דלקתית לאחר ההשתלה, ואחריו רקמות כימוס, astroglial צלקות אשר לעתים קרובות התוצאות התקן כשל10,11. זה הנחה נפוצה פחות נוקשות התקנים למזער את גוף זר תגובה12,13,14. הנוקשות של התקן מוכתב על ידי מודולוס ושטח חתך הרוחב שלה. לכן, חשוב להפחית שני גורמים כדי לשפר את התאימות של התקן ואינטראקציה, בסופו של דבר, את המכשיר רקמות.
העבודה על ריכוך פולימרים בהשראת עבודתו של נגוין ואח15, אשר הראו כי שתלים intracortical תואם מכנית-להפחית את התגובה neuroinflammatory. בעבר השתמשו poly(vinyl acetate) מסתגלת מכנית/מיתרני זנב תאית nanocrystal (tCNC) nanocomposites (NC), אשר הופכים תואם לאחר ההשתלה.
המעבדה Voit, מצד שני, משתמש במערכת מאוד tunable של פולימרים תיול-ene ו תיול-ene/אקרילט. חומרים אלה הם יתרון בכך מידת הריכוך לאחר חשיפה לתנאי ויוו ניתן לכוונן בקלות על ידי עיצוב פולימר. על ידי בחירת הרכב פולימר הנכון ואת צפיפות crosslink, את טמפרטורת המעבר זכוכית ועל האלסטיות של הפולימר יכולה להיות שונה2,4,5,6,8. השפעת הבסיסית ריכוך היא plasticization של הפולימר סביבה מימית. מאת פולימר עם טמפרטורת המעבר זכוכית (Tg) מעל טמפרטורת הגוף כאשר יבש (המדינה במהלך ההשתלה), אבל מתחת לטמפרטורת הגוף לאחר שהיה שקוע בתוך מים או PBS, וכתוצאה מכך הנוקשות/המודולוס של הפולימר באפשרותך להעביר מ מזוגגות (נוקשה) כאשר יבש כמו גומי (רכות) כאשר השתילו16.
עם זאת, מדידות מדויק ואמין של ריכוך בשל plasticization את המשמרת של Tg מתוך בסאונה היבשה להרטיב הברית לא הצליחו למדוד את העבר. ניתוח מכני דינמי מסורתי מתבצע אוויר או גזים אצילים, אינו מאפשר מדידה של המאפיינים thermomechanical של פולימרים בתוך פתרון. במחקרים קודמים, פולימרים צריך היה שקוע ב- PBS עבור כמויות שונות של זמן. דוגמאות נפוחות אז שימשו כדי לבצע ניתוח מכני דינמי (DMA)6,7,8. אולם, מאז הניתוח כרוך רמפה טמפרטורה, דגימות מתחיל להתייבש במהלך המדידה, לא תשואה נציג נתונים. הדבר נכון במיוחד אם גודל המדגם הופכת לקטנה. כדי לנבא את ריכוך של הגששים עצבית, זה יהיה צורך לבדוק 5 עד 50 סרטים פולימריים מיקרומטר-דק, וזה לא אפשרי עם DMA המסורתי בשל הנ ל הייבוש של הדגימות במהלך המדידה.
הס ואח17 עיצבו microtensile לפי הזמנה בודקים מכונת כדי להעריך את תכונות מכניות של חומרים גמישים באופן מכני באמצעות שיטת לסביבה מבוקרת. בעבר השתמשו מערכת airbrush לרסס מים על דגימות במהלך המדידה כדי למנוע ייבוש.
השימוש של הסביבה DMA (איור 1), לעומת זאת, מאפשרת מדידה של סרטים פולימריים בתחום פתרונות, כגון מים, PBS, בטמפרטורות שונות. פעולה זו מאפשרת לא רק מדידה של מאפיינים thermomechanical של הפולימר במדינה ספוג/מרוכך, אלא גם מדידה של קינטיקה ריכוך שלה. אפילו מתיחה בדיקות ומדידות נפיחות אפשריות בתוך האמבטיה טבילה של מחשב זה. זה מאפשר ללימודי המדויק plasticization-induced ריכוך של מצעים פולימריים לנבא התנהגויות ויוו .
השימוש של DMA סביבתיים מאפשר חקר ההתנהגות של פולימרים שונים השתמשו בשם דיאלקטריים עבור שתלים עצביים19 או התקנים ביו אחרים בפתרון, לחקות ויוו תנאים. זה כולל, אך אינו מוגבל ל, פוליאימיד, parylene-C, PDMS ו- SU-8. Hydrogels וחומרים מטריצה חוץ-תאית (ECM) יכולים גם לחקור את האירוע באמצעות שיטה זו. …
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצה להודות ד ר טיילור וואר ומאפשר לנו לשימוש ב- DMA הסביבה שלו.
עבודה זו נתמכה על ידי המשרד של העוזר למזכיר ההגנה לענייני בריאות דרך עמית שנסקרו רפואי מחקר התוכנית [W81XWH-15-1-0607]. דעות, פרשנויות, מסקנות והמלצות הן אלו של המחברים, לא בהכרח שאושרה על ידי ההגנה.
1,3,5-Triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO) | Sigma-Aldrich | 114235-100G | |
2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) | Sigma-Aldrich | 196118-50G | |
CO2 laser Gravograph LS100 | Gravotech, Inc. | ||
Corning Large Glass Microscope Slides, 75 x 50mm | Ted Pella | 26005 | |
Environmental DMA: RSA-G2 Solids Analyzer | TA Instruments | ||
ESD Safe Plastic Tweezer, Tips; Flat, Duckbill, 11.5 cm | Cole Palmer | EW-07387-17 | |
Laurell WS-650-8B spin coater | Laurell Technologies Corporation | ||
liquid nitrogen | Air gas | ||
PBS, 1X Solution, Fisher BioReagents | Fisher Scientific | BP243820 | |
SHEL LAB vacuum oven | VWR International | 89409-484 | |
Silicon wafer | University Wafer | Mechanical grade | |
The RSA-G2 Immersion System | TA Instruments | ||
Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP) | Sigma-Aldrich | 381489-100ML | |
UVP CL-1000 crosslinking chamber with 365 nm bulbs | VWR International | 21474-598 |