Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Dynamiska mekaniska miljöanalys att förutsäga beteendet mjukgörande med neurala implantat

doi: 10.3791/59209 Published: March 1, 2019

Summary

För att möjliggöra tillförlitliga prognoser av den mjukgörande av polymera substrat för neurala implantat i en in-vivo -miljö, är det viktigt att ha en pålitlig in vitro- metod. Här presenteras användningen av dynamiska mekanisk analys i fosfatbuffrad saltlösning vid kroppstemperatur.

Abstract

När du använder dynamiskt mjukgörande substrat för neurala implantat, är det viktigt att ha en pålitlig in vitro- metod för att karakterisera mjukgörande uppförandet av dessa material. Tidigare har det inte varit möjligt att på ett tillfredsställande sätt mäta den mjukgörande av tunna filmer villkor härma kroppens miljö utan betydande ansträngning. Denna skrift presenterar en ny och enkel metod som möjliggör dynamisk mekanisk analys (DMA) av polymerer i lösningar, såsom fosfatbuffrad saltlösning (PBS), på relevanta temperaturer. Användning av miljö DMA tillåter mätning av mjukgörande effekterna av polymerer på grund av plasticization i olika media och temperaturer, vilket därför gör en förutsägelse av material beteende i vivo villkor.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

En ny generation av material som används som underlag för neurala implantat består av mjukgörande formen minne polymerer1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Dessa material är tillräckligt styv under implantation att övervinna kritisk buckling krafter, men de blir upp till tre tiopotenser mjukare efter implantation i en miljö med kroppen. Det förutspås att dessa material visar en bättre enhet-vävnad interaktion på grund av den reducera obalansen i modulus jämfört med traditionella material som används i neurala implantat, såsom volfram eller kisel. Traditionell, stel enheter visar inflammatorisk reaktion efter implantation, följt av vävnad inkapsling och astroglial ärrbildning vilket ofta resulterar i enhet fel10,11. Det är ett vanligt antagande att mindre stel enheter minimera de främmande kropp svar12,13,14. Styvheten i en enhet styrs av dess tvärsnittsarea och elasticitetsmodul. Det är därför viktigt att minska både faktorer för att förbättra enhet överensstämmelse, och i slutändan enhet vävnad interaktionen.

Arbetet med mjukgörande polymerer inspirerades av arbetet av Nguyen et al.15, som visat att mekaniskt-kompatibla intracortical implantat minska neuroinflammatoriska svaret. De har tidigare använt mekaniskt-adaptiv poly(vinyl acetate)/artikel om lädermantlade cellulosa fysikalisk (tCNC) nanokompositer (NC), som blir kompatibla efter implantationen.

Voit labbet, däremot, använder mycket avstämbara system av thiol-ene och thiol-ene/akrylat polymerer. Dessa material är fördelaktiga i att graden av mjukgörande efter exponering för i vivo förhållanden kan lätt stämmas av polymer design. Genom att välja rätt polymer sammansättning och crosslink densitet, glas övergångstemperaturen och Youngs modul av polymeren kan vara modified2,4,5,6,8. Underliggande effekten av den mjukgörande är plasticization av polymeren i en vattenlösning miljö. Genom att ha en polymer med en glasomvandlingstemperatur (Tg) ovan kroppstemperatur när den är torr (staten under implantation), men under kroppstemperatur efter att vara nedsänkt i vatten eller PBS, resulterande stelhet/modulusen av polymeren kan skifta från glasartad (stiff) när det är torrt till seg (mjuk) när implanteras16.

Exakta och tillförlitliga mätningar av den mjukgörande på grund av plasticization och förskjutningen av Tg från torrt till våta staterna har emellertid inte kunnat mätas i förflutnan. Traditionella dynamisk mekanisk analys utförs i luften eller inerta gaser och tillåter inte för mätning av termomekaniska egenskaper polymerer inuti en lösning. I tidigare studier, har polymerer varit nedsänkta i PBS för olika mängder av tid. Svullna prover användes sedan för att utföra dynamisk mekanisk analys (DMA)6,7,8. Men eftersom förfarandet innebär en temperatur ramp, prover börja torka under mätningen och ger inte representativa uppgifter. Detta är särskilt sant om stickprovets storlek blir mindre. För att förutsäga den mjukgörande av neurala sonder, skulle det vara nödvändigt att testa 5 till 50 µm-tunn polymer filmer, vilket inte är möjligt med traditionella DMA på grund av de ovannämnda torkningen av proverna under mätningen.

Hess et al.17 har utformat en specialbyggd microtensile testa maskin att bedöma de mekaniska egenskaperna av mekaniskt adaptiv material med en miljömässigt kontrollerad metod. De har tidigare använt en airbrush system för att spraya vatten på prover under mätningen att hindra dem från att torka ut.

Användning av miljö DMA (figur 1), tillåter dock för mätning av Polymerplaster i lösningar, såsom vatten och PBS, vid olika temperaturer. Detta tillåter inte bara mätning av polymerens termomekaniska egenskaper i tillståndet indränkt/mjuknat men också mätning av dess mjukgörande kinetik. Även dragprov och svullnad mätningar är möjligt inuti nedsänkning badet av denna maskin. Detta möjliggör exakta studier av den plasticization-inducerad mjukgörande polymer substrat att förutsäga i vivo beteenden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. beredning av polymerprover för testning

  1. Syntetisera mjukgörande thiol-ene polymeren enligt tidigare protokoll inuti ett dragskåp. 1 , 2 , 4 , 18 blanda kort, kvantitativa mängder thiol till alkene monomerer med totalt 0.1 wt % foto initieraren.
    1. Förbereda en 20 mL injektionsflaska av glas för polymer blandning. Täcka injektionsflaskan i aluminiumfolie att förhindra infallande ljus från att kontakta monomeren lösningen och förvara i rumstemperatur (RT). Använd alla kemikalier som mottagits utan ytterligare rening.
    2. För fullt mjukgörande polymer, tillsätt 50 mol % 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazin-2,4,6(1H,3H,5H)-trion (TATATO), 45 mol % trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP) och 5 mol % Tris [2-(3-mercaptopropionyloxy) etyl] isocyanurate (TMICN) till den omfattas injektionsflaska med disponibel plast pipett.
    3. Lägga till 0.1 wt % av den photoinitiatior 2,2-dimetoxi-2-phenylacetophenone (DMPA) polymer lösningen.
    4. Blanda innehållet i injektionsflaskan genom planeternas hastighet blandning utan att utsätta lösningen för ljus.
      Obs: Polymer lösningen är känslig för ljus och börjar att polymerisera efter 45-60 min, även om täckt med folie. Därför Använd polymer lösning så snabbt som möjligt efter blandning.
  2. Spin rock en polymer lösning beredd enligt avsnitt 1.1 som tunna filmer mellan 5 till 50 µm i tjocklek på mikroskopiska glasskivor eller kiselskivor som transportören substrat enligt spin kurvan (figur 2). För 30 µm skikttjocklek, snurra på 600 rpm för 30 s.
    Obs: När du använder en annan SMP-formulering, den snurrande fart och tiden kan variera beroende på viskositeten av polymer lösningen.
  3. Filmerna polymer på transportören substratet omedelbart efter spinning till crosslinking kammaren. Foto-polymerisera filmerna för 60 min under 365 nm UV-lampor och efter botemedel mot 24 h i vakuumugn vid 120 ° C till ytterligare slutföra konverteringen.
  4. Skär de härdade Polymerplaster i rektangulära prover med bredder på 4,5 mm och längder 50 mm för DMA testning. Tjocklekar kan variera från 5 till 50 µm. Proverna kan föras in mäta geometri tillämpa två olika metoder (Välj steg 1.4.1 eller 1.4.2).
    1. Skär de härdade Polymerplaster i rektanglar med en CO2 laser. Ställa in CO2 laser micromachining parametrar till 5,0% kraft (2.0 W) och 10,0% hastighet (0.254 m/s) (figur 3A).
    2. Definiera DMA proverna med photolithography i en klass 10000 renrum anläggning (figur 3B). Använda SMP-på-glas eller wafer substrat som de börja substratesna i renrum.
      1. Deponera låg temperatur kiselnitrid att agera som en hård mask för följande plasma etsning processer. Mönster enhet disposition/formen med standard litografi tekniker. Använda en plasma etsare med SF6 och O2 plasma att ta bort den hårda mask och SMP lager, respektive.
      2. Efter SMP lagret är plasma etsade ner till glas slide/rånet, etch återstående kisel nitriden hårt masken bort i utspädda 10:1 HF dopp.
  5. Delaminate testenheter från glas slide/rånet av blötläggning i avjoniserat vatten som det sista steget.

2. maskinställ

  1. Använd en dynamisk mekaniska analyzer (DMA) med en nedsänkning systemet. Utrusta maskinen med nedsänkning fixturen i spänning-läge (figur 1). Anslut det flytande kvävgasen till maskinen och aktivera LN2/luft som en källa för ugnen.
  2. Skriva metoden för torr mätningar med maskin programvara, inklusive följande tre steg: luftkonditionering, svängning temperatur ramp och luftkonditionering slutet av testet, sedan ställa in parametrar som följer:
    1. Ange följande parametrar för luftkonditionering alternativen: läge = aktiv, Välj ”spänning”, axiell kraft = 0,05 N, ange startvärde till ”på”, känslighet = 0,0 N, proportionell kraft-läge = kraft spårning, kompensera för modulus = on, Välj ”axiell kraft” och ställ sedan dynamisk kraft till 25,0%, minsta axialkraft = 0,05 N, programmerad förlängning under 0,0 Pa, aktiverat, stam justera = 0,05%, minsta stam = 0,1%, maximal stam = 0,5%, minsta kraft = 0,05 N, maximal kraft = 0,2 N.
    2. Ange följande parametrar för svängning temperatur rampen: starta temperatur = 10 ° C, ärver börvärde = off, blöt tid = 0,0 s, vänta tills temperaturen =, ramp om = 2.0 ° C min, slutet temperatur = 100 ° C, Blötlägg tid efter ramp = 0,0 s, samplingsfrekvens = 1 pts/s, strai n % = 0,275%, enda kontaktpunkt, frekvens = 1 Hz.
    3. Ange följande parametrar för luftkonditionering slutet av testet: miljökontroll = off, axiell kraft justering =, läget inaktiverat, givaren/motor = off.
  3. Skriva metoden för nedsänkning testning med maskin programvaran inklusive följande fyra steg: luftkonditionering, svängning-tid, svängning-temperatur ramp och luftkonditionering-slutet av testet, sedan ställa in parametrar som följer:
    1. Ange följande parametrar för luftkonditionering alternativen: läge = aktiv, Välj ”spänning”, axiell kraft = 0,05 N, ange startvärde till ”på”, känslighet = 0,0 N, proportionell kraft-läge = kraft spårning, kompensera för modulus = på, Välj ”axiell kraft” och ställa in dynamisk kraft till 25,0%, minsta axialkraft = 0,05 N, programmerad förlängning under 0,0 Pa, aktiverat, stam justera = 0,05%, minsta stam = 0,1%, maximal stam = 0,5%, minsta kraft = 0,05 N, maximal kraft = 0,2 N.
    2. Ange följande parametrar för svängning gången: temperatur = 39,5 ° C, ärver börvärde = off, blöt tid = 0,0 s, vänta tills temperaturen = off, varaktighet = 3600.0 s, samplingsfrekvens = 1 pts/s, stam % = 0,275%, enda kontaktpunkt, frekvens = 1 Hz.
    3. Ange följande parametrar för svängning temperatur rampen: starta temperatur = 10 ° C, ärver börvärde = off, blöt tid = 300,0 s, vänta tills temperaturen = off, ramp rate = 2.0 ° C min, slutet temperatur = 85 ° C, Blötlägg tid efter ramp = 300,0 s, samplingsfrekvens = 1 pts/s, s träna % = 0,275%, enda kontaktpunkt, frekvens = 1 Hz.
    4. Ange följande parametrar för luftkonditionering slutet av testet: miljökontroll = off, axiell kraft justering =, läget inaktiverat, givaren/motor = off.

3. prova lastning och lossning för torr mätningar

  1. Mäta den faktiska tjockleken av polymer förlagan för torr (i luft) testning med skjutmått med 0,001 mm precision.
  2. Ange exempel namn, beskrivning och prov geometri i programvaran.
  3. Ange lastning klyftan till 15 mm och läsa in provet. Se till att centrera och justera preparatet innan klämmorna skruvas hand tight eller Använd en momentnyckel med 0,1 N (figur 3 c).
  4. Stäng ugnen och starta mätningen använder metoderna som beskrivs i avsnitt 2.2.
  5. Vänta tills mätningen är över. Öppna ugnen och ta bort polymer provet från maskinen.

4. prov lastning och lossning för nedsänkning testning

  1. Mäta den faktiska tjockleken av polymer förlagan för nedsänkning testning i PBS med skjutmått med 0,001 mm precision.
  2. Ange exempel namn, beskrivning och prov geometri i programvaran.
  3. Förbereda installationen med nedsänkning bägaren fast med en klämma på övre greppet (figur 4AB).
  4. Ange lastning klyftan till 15 mm och ladda provet (figur 4 c). Se till att centrera och justera preparatet (figur 5) innan klämmorna skruvas hand tight eller Använd en momentnyckel med 0,1 N.
  5. Placera nedsänkning badet på botten fixturen och skruva det ordentligt (figur 4 d). Fyll badet med RT PBS (figur 4E), placera locket ovanpå (figur 4F), Stäng ugnen (figur 4 g) och påbörja mätningen omedelbart med de metoder som beskrivs i avsnitt 2.3. Se till att avloppet är stängd (figur 4 H).
  6. Vänta tills mätningen är över. Ta bort PBS från nedsänkning badet med avloppet. Öppna ugnen, ta bort locket från bägaren, skruva nedsänkning bägaren, lyft och ta bort polymer provet från maskinen.
  7. Ren klämmor och nedsänkning bägaren med de strukna vatten för att avlägsna eventuell kvarvarande salt från PBS.

5. mätningar

  1. Mäta polymeren i luften utan nedsänkning bägaren. Följ instruktionerna för prov lastning och lossning som beskrivs i avsnitt 3. Upprepa denna mätning minst 3 x att samla resultat med statistisk relevans.
  2. Mäta polymeren inne i nedsänkning badet följa stegen som beskrivs i avsnitt 4. Upprepa mätningen minst 3 x att samla resultat med statistisk relevans.

6. data tolkning

  1. Öppna fliken resultat i maskin mjukvaran, där raw-data kan visas i ett tabellformat eller ritas som en graf.
  2. Rita den första delen av nedsänkning mätning, svängning-tid mätning, som lagring modulus över tid att utvärdera mjukgörande kinetik. Kurvan visar hur snabbt modulusen av polymeren minskar över tiden medan nedsänkt i PBS.
  3. Notera den tid vid vilken modulus planar ut. Detta representerar tid för mjukgörande under fysiologiska betingelser.
  4. Om polymeren inte fullt mjukas upp efter set nedsänkningstiden för 1 h, upprepa mätningen med ökad nedsänkningstiden.
  5. Visa svängning-temperatur ramper av mätningar i luft och PBS som lagring modulus på vänster axel och tan delta på den högra axeln över temperatur att visa de termomekaniska egenskaperna av polymeren innan (torr) och efter (i PBS) plasticization .
  6. Plotta data för torrt (luft) och PBS mätningar tillsammans för att bättre Visa ändringarna i termomekaniska egenskaper på grund av plasticization.
  7. Observera lagring modulus av det torra materialet vid 25 ° C och blöt provet vid 37 ° C, eftersom dessa är relevanta siffror för att utvärdera hur mycket polymeren mjuknar under implantation.
  8. Observera förändringar i tan delta topp mellan torr och blöt proverna.
  9. Exportera data som en txt- eller CSV-fil för ytterligare tolkning av data och plottning med andra program.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Användning av miljö DMA tillåter analys av mjukgörande kinetik och övergripande mjukgörande kapacitet av polymerer. Med hjälp av temperatur-tid mätläget i protokollet, kan mjukgörande profiler för olika polymer formuleringar jämföras med varandra (figur 6). Denna metod kan också användas för att kvantifiera mjukgörande och svullnad av polymerer. Det kan ses i figur 4 att olika polymer formuleringar kan genomgå olika grader av mjukgörande och samtidigt nedsämkmimg i 37 ° C PBS. Den icke-mjukgörande versionen förblir i intervallet GPa, medan semi mjukgörande polymer mjukgör från 1700 MPa 370 MPa och fullt mjukgörande polymeren till 40 MPa. Den mjukgörande av alla tre polymer formuleringar sker inom 10-15 min.

Användning av kombinationen av torr DMA mätningar och mätningar i PBS tillåter bedömning av vatten-inducerad plasticization av olika polymer formuleringar, som visas av depression på Tg och övergripande nedväxling av modulus kurvor (figur 7). Den mjukgörande för polymerer arbetar mest effektivt när torr polymeren har en Tg över kroppstemperatur men därunder i vått tillstånd. Därmed sjunker modulusen av polymeren från den glasartade till seg elasticitetsmodul vid nedsänkning under fysiologiska betingelser (figur 7A). När den Tg av både torra och våta påstår av polymeren är väl över kroppstemperatur, mjuknar inte polymeren under fysiologiska betingelser (figur 7B).

Figure 1
Figur 1: miljö DMA med nedsänkning systemet. (A) A mer detaljerad vy av fixturen för torr (B) och våt (C) mätförhållanden. (B) och (C) är tidigare publicerade av Ecker et al.2. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: snurra kurvor för fullt mjukgörande thiol-ene polymer. Snurra kurvor för fullt mjukgörande thiol-ene polymer visar förhållandet mellan centrifugeringshastighet, tid och den resulterande filmtjockleken. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: tillverkning av DMA-test ränder på mikroskopiska glasskivor. Tillverkning av DMA testa ränder på mikroskopiska objektglas (A) eller kiselskivor (B) använda photolithography. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: exempel lastning för mätning med nedsänkning bad. A () DMA utrustad med nedsänkning fixtur, (B) nedsänkning bägare tillfälligt fast med klämmor runt övre grepp, (C) lastning av polymer prov på avständ klämma 15 mm, (D) sänkning av nedsänkning bägare till lägre fixtur och fixation med skruvar, (E) fylla nedsänkning bägaren med PBS, (F) stänga locket, (G) stänga av ugnen, och (H) att säkerställa att avloppet är stängd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: anpassning av provet. (A) provet måste vara raka och centrerad mellan topp och botten klämmorna. Prover bör inte diagonal (B), alltför hög eller alltför låg (C), eller för mycket mot kanterna (D). Provet bör inte heller vara spände (E) men bör vara raka (F) för att säkerställa tillförlitliga mätningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: mjukgörande kinetik av tre olika thiol-ene polymerer. Mjukgörande kinetik av tre olika thiol-ene polymerer mätt med protokollet svängning-tid släpper PBS vid 37 ° C under 1 h. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: visar DMA mätningar av två olika formuleringar som SMP. Visar DMA mätningar av två olika SMP formuleringar innan (orange) och efter (blå) blötläggning i PBS, respektive. (A) A fullt-mjukgörande (FS) och (B) något-mjukgörande versionen (SS) av SMP. Denna siffra har ändrats från Ecker et al.2. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Användningen av miljö DMA kan studiet av uppförandet av olika polymerer används som substrat för neurala implantat19 eller andra biomedicinska enheter i lösning och att efterlikna i vivo villkor. Detta inkluderar, men är inte begränsat till, polyimid, parylene-C, PDMS och SU-8. Hydrogeler och extracellulär matrix (ECM) material kan också undersökas med hjälp av denna metod. Skillnaderna av övergripande mjukgörande polymer samt dess mjukgörande kinetik kan därför lätt jämföras mellan olika lösningar, inklusive vatten, tungt vatten och PBS. Det är också möjligt att testa påverkan av olika nedsänkning temperaturer eller skillnader uppkommer olika polymer tjocklekar och kompositioner.

Denna metod kan också studera påverkan av olika behandlingar på mjukgörande beteenden av polymerer och hydrogels. Behandlingar inkluderar olika sterilisering metoder, accelererat åldrande i olika medier och ytmodifiering. In vitro- metoden hjälper forskare lär dig mer om beteende och hållbarhet av dessa material, erhålla tillförlitlig in vitro- mätningar och undvika onödiga djurförsök. Mätning i PBS är dock bara ett sätt att efterlikna de biologiska miljöerna. In vivo villkor kan variera i många aspekter, såsom jonkoncentration och tillgängligheten av antikroppar, proteiner och andra arter inuti biologiska media eller vävnaderna. Beroende på området riktade kan praktiker också överväga att använda olika media för miljömätningar, såsom tris-buffrad koksaltlösning (TBS), TBS-T (TBS med polysorbat 20), bovint serum albumin (BSA), cerebrospinalvätska (CSF) och andra organ vätskor.

Det är dessutom möjligt att karakterisera de mekaniska egenskaperna av sonder efter explantation från ett djur efter en in-vivo -studie är klar. Detta gör att utredningen av sonden beteende efter mjukgörande i kroppen miljö och jämförelse till in vitro- data.

Det bör noteras att det finns en förskjutning mellan temperatur för lösning badet och den faktiska temperaturen. Detta är på grund av att två olika Temperaturregulatorer används: en för temperaturkontroll (utanför nedsänkning badet) och en annan för mätning av temperaturen (inne i nedsänkning badet). Vi hittade att när utomhustemperaturen är inställd på 39,5 ° C, temperaturen inne i badet stabiliserats vid 37 ° C.

Temperaturområdet för mätningar inuti lösningar är naturligtvis begränsad av deras kristallisation och kokande temperatur. Det rekommenderas att vara minst 10 K ovanför och nedanför dessa temperaturer, respektive.

Det diskuteras om nedsänkning lösningen användas för blötläggning/mjukgörande mätningar start temperatur skall vara rumstemperatur eller pre värmas till kroppstemperatur till bäst efterliknar villkoren under sonden implantation. Användning av RT PBS tar hänsyn till det faktum att sonden hålls på RT innan implantation och att den hålls vanligtvis nära närhet till implantation sida medan det justeras till rätt position. I detta skede kan sonden redan börja mjukna på grund av den fuktiga miljön. Börjar med 37 ° C PBS kommer att bättre efterlikna ett hagelgevär tillvägagångssätt för insättning.

Beskrivna resultaten mättes på Polymerplaster i spänning läge; dock kan miljö DMA också mätningar i kompression och i skjuvning när du använder respektive fixturen. Därför, detta möjliggör även för mätning av andra prov geometrier. Det bör noteras att det tillgängliga utrymmet inuti nedsänkning bägaren är begränsad och därmed de prover som används för mätningar inuti denna bägare begränsas av deras storlekar.

En annan begränsning med denna metod är belastningscellen, som används för att upptäcka de krafter som alstras proverna under mätningen (i torra och fuktiga förhållanden). Lastcell kan endast mäta krafter upp till 35 N, som begränsar därför prov storlek/geometri.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de har inga konkurrerande finansiella intressen.

Acknowledgments

Författarna vill tacka Dr Taylor Ware för att tillåta oss att använda hans miljö DMA.

Detta arbete stöds av kontoret av den biträdande sekreteraren av försvar för hälsa frågor genom Peer recenserade forskning läkarprogrammet [W81XWH-15-1-0607]. Yttranden, tolkningar, slutsatser och rekommendationer är författarnas och inte nödvändigtvis godkändes av Department of Defense.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Garcia-Sandoval, A., et al. Chronic softening spinal cord stimulation arrays. Journal of Neural Engineering. 15, (4), 045002 (2018).
  2. Ecker, M., et al. Sterilization of Thiol-ene/Acrylate Based Shape Memory Polymers for Biomedical Applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302, (2), 1600331 (2017).
  3. Simon, D. M., et al. Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 105, (1), 159-168 (2017).
  4. Do, D. -H., Ecker, M., Voit, W. E. Characterization of a Thiol-Ene/Acrylate-Based Polymer for Neuroprosthetic Implants. ACS Omega. 2, (8), 4604-4611 (2017).
  5. Ware, T., et al. Thiol-ene/acrylate substrates for softening intracortical electrodes. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 102, (1), 1-11 (2014).
  6. Ware, T., et al. Thiol-Click Chemistries for Responsive Neural Interfaces. Macromolecular Bioscience. 13, (12), 1640-1647 (2013).
  7. Ware, T., Simon, D., Rennaker, R. L., Voit, W. Smart Polymers for Neural Interfaces. Polymer Reviews. 53, (1), 108-129 (2013).
  8. Ware, T., et al. Fabrication of Responsive, Softening Neural Interfaces. Advanced Functional Materials. 22, (16), 3470-3479 (2012).
  9. Stiller, A. M., et al. Chronic Intracortical Recording and Electrochemical Stability of Thiol-ene/Acrylate Shape Memory Polymer Electrode Arrays. Micromachines. 9, (10), 500 (2018).
  10. Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Experimental Neurology. 195, (1), 115-126 (2005).
  11. Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148, (1), 1-18 (2005).
  12. Lacour, S. P., Courtine, G., Guck, J. Materials and technologies for soft implantable neuroprostheses. Nature Reviews Materials. 1, (10), 16063 (2016).
  13. Stiller, A., et al. A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes. Micromachines. 9, (9), 443 (2018).
  14. Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes. Journal of Neural Engineering. 15, (3), 031001 (2018).
  15. Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11, (5), 056014 (2014).
  16. Ecker, M., et al. From Softening Polymers to Multi-Material Based Bioelectronic Devices. Multifunctional Materials. (2018).
  17. Hess, A. E., Potter, K. A., Tyler, D. J., Zorman, C. A., Capadona, J. R. Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization. Journal of Visualized Experiments. (78), e50078 (2013).
  18. Black, B. J., et al. In vitro compatibility testing of thiol-ene/acrylate-based shape memory polymers for use in implantable neural interfaces. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 106, (11), 2891-2898 (2018).
  19. Hassler, C., Boretius, T., Stieglitz, T. Polymers for neural implants. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49, (1), 18-33 (2011).
Dynamiska mekaniska miljöanalys att förutsäga beteendet mjukgörande med neurala implantat
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hosseini, S. M., Voit, W. E., Ecker, M. Environmental Dynamic Mechanical Analysis to Predict the Softening Behavior of Neural Implants. J. Vis. Exp. (145), e59209, doi:10.3791/59209 (2019).More

Hosseini, S. M., Voit, W. E., Ecker, M. Environmental Dynamic Mechanical Analysis to Predict the Softening Behavior of Neural Implants. J. Vis. Exp. (145), e59209, doi:10.3791/59209 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter