Summary
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.
Abstract
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 .
Introduction
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 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנה של פולימר דגימות לבדיקה
- לסנתז הפולימר תיול-ene הריכוך על פי פרוטוקולים הקודמים בתוך ברדס fume. 1 , 2 , 4 , 18 . בקצרה, מערבבים כמויות כמותית של תיול כדי אלקן מונומרים עם סך של 0.1 wt % צילום יוזם.
- להכין בקבוקון זכוכית 20 מ"ל פולימר ערבוב. לכסות את המבחנה בנייר אלומיניום כדי למנוע פנייה אל הפתרון מונומר התקרית אור ולשמור בטמפרטורת החדר (RT). השתמש כל הכימיקלים כפי שהתקבלו ללא טיהור נוסף.
- ריכוך מלא פולימר, להוסיף 50 מול % 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO), מול 45% trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP) ומול 5% טריס [2-(3-mercaptopropionyloxy) אתיל] isocyanurate (TMICN) מכוסה המבחנה בעזרת פיפטה של פלסטיק חד פעמיות.
- להוסיף 0.1% wt photoinitiatior 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) הפתרון פולימר.
- מערבבים את תוכן בתוך המכל ביסודיות על ידי כוכבי הלכת מהירות ערבוב מבלי לחשוף את הפתרון לאור.
הערה: הפתרון פולימר רגיש לאור, יתחיל פולימריזציה לאחר 45 עד 60 דקות, גם אם מכוסה בנייר כסף. לכן, השתמש הפתרון פולימר מהר ככל האפשר לאחר ערבוב.
- ספין המעיל הפתרון פולימר מוכנים בסעיף 1.1 כמו סרטים רזה בין 5-50 מיקרומטר עובי זכוכית מיקרוסקופיים שקופיות או סיליקון כמו מצע המוביל לפי העקומה ספין (איור 2). עבור 30 מיקרומטר עובי הסרט, ספין-600 סל ד ל 30 s.
הערה: בעת שימוש ניסוח SMP שונים, מהירות סיבוב ואת הזמן עשוי להשתנות בהתאם צמיגות של הפתרון פולימר. - העבר את סרטים פולימריים על המצע המוביל מיד לאחר ספינינג אל התא crosslinking. פולימריזציה צילום הסרטים עבור 60 דקות תחת נורות nm UV 365 ולריפוי שלאחר עבור 24 שעות בתנור ואקום ב 120 ° C בכדי להשלים את ההמרה.
- חותכים את סרטים פולימריים נרפא דגימות מלבני עם רוחב של 4.5 מ מ, אורך 50 מ מ לבדיקה DMA. עוביים עשויים להשתנות בין 5 50 מיקרומטר. הדגימות ניתן להביא אל תוך מדידת הגיאומטריה החלת שתי שיטות שונות (בחר שלב 1.4.1 או 1.4.2).
- חותכים את סרטים פולימריים נרפא מלבנים באמצעות לייזר2 CO. לקבוע את הלייזר2 CO לעבד פרמטרים 5.0% כוח (2.0 W) ומהירות 10.0% (0.254 m/s) (איור 3 א).
- הגדר את הדגימות DMA באמצעות פוטוליתוגרפיה במתקן חדר נקי Class 10000 (איור 3B). להשתמש את סובסטרטים SMP-על-זכוכית או וופל סובסטרטים התחלה ב- חדר נקי.
- רשת אלחוטית טמפרטורה נמוכה ניטריד סיליקון להתנהג כמו מסכה קשה עבור פלזמה הבאים תצריב תהליכים. תבנית המיתאר/צורת ההתקן באמצעות טכניקות הדפס אבן רגיל. השתמש etcher פלזמה עם SF6 פלזמה2 O להסיר את מסכת קשה ואת SMP שכבה, בהתאמה.
- לאחר השכבה SMP פלזמה חרוט אל השקופיות זכוכית/פרוסת סיליקון, לחרוט את המסכה קשה של ניטריד סיליקון הנותרים משם, 10:1 מדולל-HF מח ש.
- Delaminate התקנים הבדיקה של השקופיות זכוכית/כשהפחד למסמס במים יונים כשלב האחרון.
2. מכונת ההתקנה
- השתמש מנתח מכני דינמי (DMA) עם מערכת טבילה. לצייד את המכונה עם הנורה טבילה במצב מתח (איור 1). החנקן הנוזלי להתחבר למחשב ולאפשר LN2/אוויר כמקור דלק עבור החימום.
- לכתוב את שיטת למדידות יבש עם התוכנה מכונה, כולל את שלושת השלבים הבאים: מיזוג, תנודה טמפרטורה הרמפה, וסיום מיזוג של הבדיקה, לאחר מכן להגדיר את הפרמטרים כדלקמן:
- להגדיר את הפרמטרים הבאים עבור האפשרויות מיזוג: מצב = הפעיל, בחר "מתח", כוח צירית = 0.05 N, הגדרת הערך ההתחלתי כדי "על", רגישות = 0.0 N, מצב יחסי כוח = כוח מעקב, לפצות את המירב עבור מודולוס = פעיל, בחר "כוח צירית" ולאחר מכן להגדיר כוח דינמי 25.0%, מינימום כוח צירית = 0.05 N, מתוכנת סיומת מתחת 0.0 הרשות הפלסטינית, מצב לזמין, זן להתאים = 0.05%, המתח המינימלי = 0.1%, מאמץ מרבי = 0.5%, כוח מינמלי = 0.05 N, מקסימום כוח = 0.2 ש
- להגדיר את הפרמטרים הבאים על הרמפה טמפרטורה תנודה: להתחיל טמפרטורה = 10 ° C, יורשים קבע נקודה = לא פעיל, זמן להשרות = 0.0 s, ולחכות טמפרטורה = פעיל, כבש שער = 2.0 ° C/דקה, טמפרטורה סוף = 100 ° C, לטבול פעם אחרי הרמפה = 0.0 s, קצב הדגימה = 1 pts/s, זאת בהקדם האפשרי n % = 0.275%, בנקודה אחת, תדירות = 1 הרץ.
- להגדיר את הפרמטרים הבאים לסוף מיזוג של מבחן: הסביבתי = לא פעיל, כוח צירית התאמה =, מצב זמין, מתמר/מנוע = לא פעיל.
- לכתוב את שיטת טבילת בדיקות עם תוכנת מחשב כולל את ארבעת השלבים הבאים: מיזוג, תנודה-זמן, טמפרטורה-תנודה הרמפה, מיזוג-end של הבדיקה, לאחר מכן להגדיר את הפרמטרים כדלקמן:
- להגדיר את הפרמטרים הבאים עבור האפשרויות מיזוג: מצב = הפעיל, בחר "מתח", כוח צירית = 0.05 N, הגדרת הערך ההתחלתי כדי "על", רגישות = 0.0 N, מצב יחסי כוח = כוח מעקב, לפצות את המירב עבור מודולוס = פעיל, בחר "כוח צירית" והגדר כוח דינמי 25.0%, מינימום כוח צירית = 0.05 N, מתוכנת סיומת מתחת 0.0 הרשות הפלסטינית, מצב לזמין, זן להתאים = 0.05%, המתח המינימלי = 0.1%, מאמץ מרבי = 0.5%, כוח מינמלי = 0.05 N, מקסימום כוח = 0.2 ש
- להגדיר את הפרמטרים הבאים עבור הזמן תנודה: טמפרטורה = 39.5 מעלות צלזיוס, יורשים קבע נקודה = לא פעיל, זמן להשרות = 0.0 s, ולחכות טמפרטורה = לא פעיל, משך = 3600.0 s, קצב הדגימה = 1 pts/s, זן % = 0.275%, בנקודה אחת, תדירות = 1 הרץ.
- להגדיר את הפרמטרים הבאים על הרמפה טמפרטורה תנודה: להתחיל טמפרטורה = 10 ° C, יורשים קבע נקודה = לא פעיל, זמן להשרות = 300.0 s, ולחכות טמפרטורה = לא פעיל, כבש שער = 2.0 ° C/דקה, טמפרטורה סוף = 85 ° C, לטבול פעם אחרי הרמפה = 300.0 s, קצב הדגימה = 1 pts/s, s הרכבת % = 0.275%, בנקודה אחת, תדירות = 1 הרץ.
- להגדיר את הפרמטרים הבאים לסוף מיזוג של מבחן: הסביבתי = לא פעיל, כוח צירית התאמה =, מצב זמין, מתמר/מנוע = לא פעיל.
3. לטעום טעינת ופריקת למדידות יבש
- למדוד את עובי בפועל של הדגימה פולימר בדיקה יבש (באוויר) עם קליבר עם דיוק 0.001 מ מ.
- הזן את הדגימה שם, תיאור וכן דוגמאות גיאומטריה לתוך התוכנה.
- הפער העמסה מוגדר 15 מ מ ולטעון את הדגימה. הקפד מרכז וליישר הדגימה לפני התפסים נדפקנו חזק יד או השתמש ברגים מומנט עם 0.1 N (איור 3C).
- לסגור את הכבשן ולהתחיל המדידה בשיטות המתוארות בסעיף 2.2.
- המתן עד המדידה נגמר. לפתוח את התנור ולהסיר את הדגימה פולימר מהמכונה.
4. דוגמת ולהורדה לבדיקת טבילה
- למדוד את עובי בפועל של הדגימה פולימר כדי ליהנות מחוויה חושית בדיקות ב- PBS עם קליבר עם דיוק 0.001 מ מ.
- הזן את הדגימה שם, תיאור וכן דוגמאות גיאומטריה לתוך התוכנה.
- להכין את תוכנית ההתקנה עם כשהספל טבילה קבוע עם מלחציים-האחיזה העליונה (איור 4Aב').
- הגדר את הפער הטעינה 15 מ מ ולטעון המדגם (איור 4C). הקפד מרכז וליישר את הדגימה (איור 5) לפני התפסים נדפקנו חזק יד או השתמש מפתח ברגים מומנט עם 0.1 ש
- למקם את אמבט טבילה האהיל התחתון, לדפוק את זה בחוזקה (איור 4D). למלא את האמבט עם RT PBS (איור 4E), למקם את המכסה על העליונה (איור 4F), סוגרים את התנור (איור 4G) והתחל את המדידה מיד בשיטות המתוארות בסעיף 2.3. להבטיח כי הניקוז סגורה (איור 4 H).
- המתן עד המדידה נגמר. הסר את PBS המרחצאות טבילה באמצעות הניקוז. לפתוח את התנור, להסיר את המכסה הספל, להתיר את הספל טבילה, להרים אותו, ולהסיר המדגם פולימר מהמכונה.
- לנקות את התפסים ואת הספל טבילה במים בטל מגוהץ כדי להסיר כל מלח שנותרו מגניב.
5. מידות
- למדוד הפולימר באוויר ללא כשהספל טבילה. בצע את ההוראות עבור מדגם ולהורדה כמתואר בסעיף 3. חזור על המדידה הזו לפחות 3 x כדי לאסוף את התוצאות עם משמעות סטטיסטית.
- למדוד הפולימר בתוך האמבטיה טבילה ביצוע הפעולות המתוארות בסעיף 4. חזור על המדידה לפחות 3 x כדי לאסוף את התוצאות עם משמעות סטטיסטית.
6. נתונים לפרשנות
- פתיחת הכרטיסיה תוצאות בתוכנות מחשב, איפה הנתונים הגולמיים יכול להיות מוצג בתבנית של טבלה או התווה גרף.
- להתוות את החלק הראשון של המדידה טבילה, המדידה תנודה-זמן, כמו אחסון מודולוס לאורך זמן כדי להעריך את קינטיקה ריכוך. העקומה מציג כמה מהר המודולוס של הפולימר יורדת לאורך זמן ואילו שקוע PBS.
- הערה בפעם שבו המודולוס מתאזן. זה מייצג את הזמן ריכוך בתנאים פיזיולוגיים.
- אם הפולימר לא התרככו באופן מלא לאחר טבילה קבע זמן 1 h, חזור על המדידה עם הזמן טבילה מוגברת.
- הצגת רמפות תנודה בטמפרטורה של המדידות אוויר, PBS מודולוס אחסון על הציר השמאלי, דלתא השיזוף על הציר נכון מעל הטמפרטורה כדי להציג את המאפיינים thermomechanical של הפולימר לפני (יבש) ואחרי (ב- PBS) plasticization .
- להתוות את הנתונים עבור בסאונה היבשה (אוויר), מדידות PBS יחד טוב יותר להציג את השינויים במאפייני thermomechanical עקב plasticization.
- הערה המודולוס אחסון של חומר יבש 25 ° c, המדגם רטוב ב 37 מעלות צלזיוס, כמו אלה הם מספרים רלוונטי להערכת מנת לרכך כמה הפולימר במהלך ההשתלה.
- הערה השינויים דלתא שזוף שיא בין הדגימות רטוב ויבש.
- יצא את הנתונים כקובץ. txt או. csv עבור נתונים פרשנות נוספת ואת התוויית עם תוכנות אחרות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
השימוש של DMA הסביבה מאפשרת הניתוח של ריכוך קינטיקה ויכולות ריכוך הכוללת של פולימרים. באמצעות מצב מדידת טמפרטורה-זמן של הפרוטוקול, ניתן להשוות את הפרופילים ריכוך של ניסוחים שונים פולימר אחד לשני (איור 6). שיטה זו יכולה לשמש גם כדי לכמת ריכוך ונפיחות המחירים של פולימרים. ניתן לראות באיור 4 ניסוחים שונים פולימר עלול לעבור דרגות שונות של ריכוך תוך כדי להיות שקוע בתוך 37 ° C ל- PBS. הגירסה הלא-ריכוך נשאר בטווח הציונים, ואילו למחצה ריכוך הפולימר מתרכך מ 1700 MPa 370 MPa ולאחר הפולימר ריכוך מלא 40 MPa. ריכוך של כל שלושת פולימר ניסוחים מתקיים בתוך 10 עד 15 דקות.
השימוש של השילוב של DMA מידות ומדידות יבש ב- PBS מאפשר את ההערכה של מים-induced plasticization של ניסוחים שונים פולימר, אשר מוצג על ידי דיכאון של Tg , הכוללת האטה של המודולוס עקומות (איור 7). ריכוך של פולימרים עובד ביותר ביעילות כאשר הפולימר יבש יש Tg מעל טמפרטורת הגוף אך מתחת לזה במצב רטוב. לפיכך, המודולוס של הפולימר טיפות מן מזוגגות מודולוס ירעדו על טבילה בתנאים פיזיולוגיים (איור 7 א). כאשר Tg של שתי המדינות רטובה ויבשה של הפולימר מעל טמפרטורת הגוף, הפולימר לא ירכך בתנאים פיזיולוגיים (איור 7 ב).
איור 1: DMA הסביבה במערכת טבילה. (א) A מפורט יותר תצוגה של הנורה עבור יבש (B), רטוב (C) מדידה תנאים. (ב) ו- (ג) מתפרסמים בעבר על-ידי Ecker et al.2. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: ספין עקומות עבור ריכוך מלא תיול-ene פולימר. ספין עקומות עבור פולימר תיול-ene ריכוך מלא מראה את הקשר בין מהירות סיבוב ובזמן, עובי הסרט שנוצר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: ייצור בבדיקת DMA פסים בשקופיות זכוכית מיקרוסקופיים. ייצור של DMA מבחן פסים על שקופיות זכוכית מיקרוסקופיים (A) או סיליקון (B) באמצעות פוטוליתוגרפיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: טעינה הדגימה למדידה עם אמבט טבילה. A : DMA מצויד טבילה מקבע, גביע טבילה (B) באופן זמני קבוע עם תופסנים סביב האחיזה העליונות, (ג) הטעינה של פולימר מדגם ממרחק קלאמפ 15 מ מ, (D) שתנוע טבילה הספל כדי מקבע התחתון, קיבוע עם ברגים, (E) מילוי כשהספל טבילה עם PBS, (F), סוגרים את המכסה, (G) סוגרים את התנור, ומבטיחה (H) כי הנקז סגורה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: יישור מדגם. (א) הדגימה חייב להיות ישר ולא ממורכזת בין המלחצות העליונים והתחתונים. דוגמאות לא צריך להיות אלכסוני (B), גבוה מדי או יותר מדי נמוך (C), או יותר מדי כלפי הקצוות (D). המדגם צריך גם לא להיות קרסו (E) אבל צריך להיות ישר (F) כדי להבטיח מדידות אמין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: ריכוך קינטיקה של פולימרים שונים תיול-ene שלוש. ריכוך קינטיקה של פולימרים שונים תיול-ene שלושה כפי שנמדד עם פרוטוקול זמן-תנודה בתוך PBS ב 37 ° C עבור ה 1 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7: הצגת DMA מדידות של שני ניסוחים SMP שונה. מציג DMA מדידות של שני ניסוחים SMP שונים לפני (כתום), לאחר השריה (כחול) ב- PBS, בהתאמה. (א) A ריכוך מלא (FS) גירסה וגירסה (B) ריכוך מעט (הה) של SMP. איור זה השתנה Ecker et al.2. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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. ההפרשים של ריכוך הכוללת של הפולימר, כמו גם קינטיקה ריכוך שלה ניתן להשוות בקלות בין פתרונות שונים, כולל מים, מים כבדים, PBS. אפשרי גם לבחון את השפעת טמפרטורות שונות טבילה או הבדלים הנובעים עוביים פולימרים בדרגות שונות של יצירות.
שיטה זו גם מאפשרת לימוד ההשפעה של טיפולים שונים על התנהגויות ריכוך של פולימרים, hydrogels. הטיפולים כוללים היישום של עיקור בשיטות שונות, מואצת הזדקנות מדיה שונים, ואת שינוי פני השטח. שיטה זו במבחנה יעזור החוקרים ללמוד על ההתנהגות ועל העמידות של חומרים אלה לקבל מדידות אמין במבחנה , להימנע לניסויים בבעלי חיים מיותרים. עם זאת, מדידה ב- PBS היא הגישה אחת כדי לחקות את סביבות ביולוגי. In vivo התנאים עשויים להשתנות בהיבטים רבים, כגון ריכוז יון ואת הזמינות של נוגדנים, חלבונים ו מינים אחרים בתוך המדיה/רקמות ביולוגיות. בהתאם לאזור יישוב, ניסויים גם לשקול שימוש מדיה שונים עבור מדידות סביבתיות, כגון באגירה טריס תמיסת מלח (TBS), TBS-T (TBS עם polysorbate 20), אלבומין שור (BSA), נוזל מוחי שדרתי (CSF) גוף אחר נוזלים.
בנוסף, אפשרי לאפיין תכונות מכניות של הגששים לאחר explantation מבעל חיים לאחר השלמת המחקר ויוו . זה יאפשר את חקירת התנהגות בדיקה לאחר ריכוך הגוף לסביבה, השוואה לנתונים במבחנה .
יצוין, כי אין היסט בין הטמפרטורה להגדיר עבור האמבטיה פתרון הטמפרטורה בפועל. זאת בשל העובדה כי שני בקרי טמפרטורה שונות משמשות: אחד עבור בקרת טמפרטורה (מחוץ לאמבטיה טבילה) ואחד למדידת הטמפרטורה (בתוך האמבטיה טבילה). מצאנו כי כאשר הטמפרטורה בחוץ מוגדר עד 39.5 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה בתוך האמבטיה התייצב על 37 מעלות צלזיוס.
טווח הטמפרטורות שבו מדידות בתוך פתרונות מוגבלים באופן טבעי על ידי התגבשות וטמפרטורות רותחים שלהם. מומלץ להישאר לפחות 10 K מעל ומתחת טמפרטורות אלו, בהתאמה.
לדיון זה אם הטמפרטורה ההתחלתי של הפתרון טבילה המשמש השריה/ריכוך של מדידות צריך להיות בטמפרטורת החדר או מראש להתחמם לטמפרטורת הגוף לחקות בצורה הטובה ביותר את התנאים במהלך בדיקה השרשה. השימוש של RT PBS לוקח בחשבון את העובדה כי המכשיר נשמרת ב RT לפני ההשתלה, כי זה בדרך כלל נשמרת בסמיכות לצד השרשת ואילו היישור למיקום הנכון. בשלב זה, המכשיר עשוי להתחיל כבר לרכך עקב סביבה לחה. החל PBS 37 ° C עדיף לחקות שגישה להכנסה.
התוצאות שתואר נמדדו על סרטים פולימריים במצב מתח; עם זאת, DMA סביבתי הוא גם מסוגל מדידות דחיסה, הטיה כאשר משתמשים הנורה בהתאמה. לכן, זה גם מאפשר מדידות גיאומטריות דוגמת אחרים. יצוין כי השטח הזמין בתוך כשהספל טבילה מוגבל, ובכך הדגימות המשמש למדידות בתוך הספל הזה מוגבלים על ידי הגדלים שלהם.
מגבלה נוספת של שיטה זו הוא טען התא, אשר נמצא בשימוש כדי לזהות את הכוחות שנוצר על ידי הדגימות במהלך המדידה (בתנאים רטובה ויבשה). תא המטען יכול למדוד רק כוחות עד 35 N, אשר מגביל את הגודל/הגיאומטריה מדגם לכן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.
Acknowledgments
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.
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 |
References
- Garcia-Sandoval, A., et al. Chronic softening spinal cord stimulation arrays. Journal of Neural Engineering. 15 (4), 045002 (2018).
- Ecker, M., et al. Sterilization of Thiol-ene/Acrylate Based Shape Memory Polymers for Biomedical Applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 1600331 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ware, T., et al. Thiol-Click Chemistries for Responsive Neural Interfaces. Macromolecular Bioscience. 13 (12), 1640-1647 (2013).
- Ware, T., Simon, D., Rennaker, R. L., Voit, W. Smart Polymers for Neural Interfaces. Polymer Reviews. 53 (1), 108-129 (2013).
- Ware, T., et al. Fabrication of Responsive, Softening Neural Interfaces. Advanced Functional Materials. 22 (16), 3470-3479 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lacour, S. P., Courtine, G., Guck, J. Materials and technologies for soft implantable neuroprostheses. Nature Reviews Materials. 1 (10), 16063 (2016).
- Stiller, A., et al. A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes. Micromachines. 9 (9), 443 (2018).
- Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 031001 (2018).
- Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).
- Ecker, M., et al. From Softening Polymers to Multi-Material Based Bioelectronic Devices. Multifunctional Materials. , (2018).
- 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).
- 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).
- Hassler, C., Boretius, T., Stieglitz, T. Polymers for neural implants. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49 (1), 18-33 (2011).
