Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Sinirsel implantları yumuşatma davranışını tahmin etmek için çevre dinamik mekanik analiz

doi: 10.3791/59209 Published: March 1, 2019

Summary

Vivo ortamda sinirsel implantları için polimer yüzeylerde yumuşatma güvenilir tahminler izin vermek için güvenilir vitro yöntemi olması önemlidir. Burada, fosfat tamponlu tuz vücut sıcaklığında dinamik mekanik analiz kullanımı sunulur.

Abstract

Dinamik olarak yumuşatma yüzeylerde sinirsel implantları kullanırken, bu malzemelerin yumuşatma davranışını tanımlamak için güvenilir vitro yöntemi olması önemlidir. Geçmişte, tatmin edici önemli çaba olmadan vücut ortamı taklit eden koşullar altında ince filmlerin yumuşatma ölçmek mümkün olmamıştır. Bu yayın ilgili sıcaklıklarda fosfat tamponlu tuz (PBS), gibi çözümlerinde polimerlerin dinamik mekanik analiz (DMA) sağlar yeni ve basit bir yöntem sunar. Çevre DMA kullanımı nedeniyle bu nedenle in vivo koşullarda malzemeleri davranışının bir tahmin sağlar plasticization çeşitli medya ve sıcaklıklar, polimerlerin yumuşatma efektleri ölçümü sağlar.

Introduction

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

Sinirsel implantları yüzeyler kullanılan malzemelerin yeni nesil yumuşatma şekil bellek polimerler1,2,3,4,5,6,7 oluşur ,8,9. Bu malzemelerin implantasyonu-kritik burkulma Kuvvetleri üstesinden gelmek için yeterince sert olmakla birlikte, en çok üç büyüklük daha yumuşak bir vücut ortamda implantasyonu sonrası olurlar. Bu malzemelerin modülü tungsten veya silikon gibi sinirsel implantları kullanılan geleneksel malzemelerin kıyasla daha iyi bir cihaz-doku etkileşimi azaltılmış uyumsuzluğu nedeniyle göstermek tahmin edilmektedir. Geleneksel, sert aygıtları doku saklama ve hangi genellikle aygıt hatası10,11' sonuçları yara izi astroglial ardından implantasyonu sonrası inflamatuar yanıt göster. Daha az sert aygıtları yabancı cisim yanıt12,13,14en aza indirmek genel bir kabuldür. Bir aygıt sertliği kesit alanı ve modülü tarafından dikte edilir. Bu nedenle, aygıt uyumluluğu ve sonuçta, aygıt doku etkileşimi geliştirmek için her iki faktörleri azaltmak önemlidir.

Polimerler yumuşatma üzerinde iş kim mekanik olarak uyumlu intracortical implantlar neuroinflammatory yanıt azaltmak gösterdi Nguyen vd15, iş tarafından ilham kaynağı oldu. Onlar daha önce sonra implantasyon uyumlu hale mekanik olarak edinilmiş poly(vinyl acetate)/tulumlular selüloz nanocrystal (tCNC) nanokompozitlerin (NC), kullandık.

Voit lab, öte yandan, thiol-Doğu ve thiol-KD/akrilat polimerler son derece ayarlanabilir sistemini kullanır. Bu malzemelerin avantajlı vivo içinde koşullarına maruz kaldıktan sonra yumuşama derecesi polimer tasarım tarafından kolayca ayarlanabilir vardır. Doğru polimer kompozisyon ve crosslink yoğunluğu seçerek, cam geçiş sıcaklığı ve Young katsayısı polimer olabilir2,4,5,6,8değişiklik. Yumuşatma, temel bir sulu ortamda polimer plasticization etkisidir. Tarafından ne zaman kuru (durum implantasyon sırasında) bir polimer yukarıda Vücut sıcaklığı bir cam geçiş sıcaklık (Tg) sahip, ancak varlık sonra vücut sıcaklığının altında su veya PBS, elde edilen sertlik/modül polimer dalmış cam gibi (sert) ne zaman kuru16lastik (yumuşak) zaman implante için geçiş yapabilirsiniz.

Ancak, plasticization ve Tg vardiya Birleşik ıslak kuru nedeniyle yumuşatma, tam ve güvenilir ölçümler geçmişte ölçülecek mümkün olmamıştır. Geleneksel dinamik mekanik analiz hava veya inert gazlar içinde gerçekleştirilir ve bir çözüm içinde polimerlerin termomekanik özelliklerinin ölçmek için izin vermez. Önceki çalışmalarda, PBS içinde çeşitli tutarlarının polimerler dalmış. Şişmiş örnekleri sonra dinamik mekanik analiz (DMA)6,7,8gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Ancak, yordamı bir sıcaklık rampa gerektirdiğinden, örnekleri ölçüm sırasında kurumaya başlar ve temsilcisi verileri verir. Örnek boyutu küçülür, bu özellikle doğrudur. Sinirsel probları yumuşatma tahmin etmek için o hangi yukarıda belirtilen örnekleri ölçüm sırasında kurutma nedeniyle geleneksel DMA ile mümkün değil 5-50 µm ince polimer Filmler, test etmek gerekli olacaktır.

Hess vd.17 makine çevre kontrollü bir yöntem kullanarak mekanik olarak edinilmiş malzemelerin mekanik özellikleri değerlendirmek için sınama özel olarak oluşturulmuş bir microtensile tasarlanmış. Onlar daha önce kurumasını engellemek için ölçüm sırasında örnekleri üzerinde su sprey airbrush sistemi kullandık.

Çevre DMA (şekil 1), kullanımı ancak, çözümleri, su ve çeşitli sıcaklıklarda PBS gibi filmlerde polimer ölçümü için sağlar. Bu sadece da yumuşatma onun Kinetik ölçümü ölçüm polimer'ın termomekanik özellikleri batırılmış/yumuşadı devlet sağlar. Hatta çekme testleri ve şişme ölçümleri bu makine daldırma banyo içinde mümkündür. Bu plasticization kaynaklı polimer yüzeylerde yumuşatma tam çalışmaları için in vivo davranışları tahmin etmek sağlar.

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. test etmek için hazırlanması polimer örnekleri

  1. Bir duman başlık içinde önceki iletişim kuralları göre yumuşatma thiol-Doğu polimer sentez. 1 , 2 , 4 , 18 kısaca, 0.1 wt % fotoğraf başlatıcı toplam ile karıştırın thiol alkene monomer için nicel tutarlar.
    1. 20 mL cam şişe polimer karıştırma için hazırlayın. Monomer çözüm iletişim kurmanızı olay ışık önlemek için alüminyum folyo şişe kapağı ve oda sıcaklığında (RT) tutmak. Tüm kimyasallar daha fazla arıtma alınmış olarak kullanın.
    2. Tam olarak yumuşatma polimer için 50 mol % 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO), 45 mol % trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP) ve 5 mol % Tris ekleyin [2-(3-mercaptopropionyloxy) etil] isocyanurate (TMICN) için Tek kullanımlık plastik pipet kullanarak şişe kaplı.
    3. Photoinitiatior 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) 0.1 wt % polimer ekleyin.
    4. İçeriği şişe içinde gezegen hız çözüm ışığa maruz kalmadan karıştırma tarafından iyice karıştırın.
      Not: Polimer çözüm ışığa duyarlıdır ve 45-60 dakika sonra polimerize folyo ile kaplı olsa bile başlayacak. Bu nedenle, polimer çözüm mümkün olduğunca hızlı bir şekilde karıştırdıktan sonra kullanın.
  2. Kat 1.1 bölümünde ince film spin eğrisi (Şekil 2) göre bir taşıyıcı substrat olarak mikroskobik cam slaytlar veya silikon gofret kalınlığı 5-50 µm arasında olarak hazırlanan polimer çözüm spin. 600 RPM 30 30 µm film kalınlığı için spin s.
    Not: farklı bir SMP formülasyon kullanırken, dönüş hızı ve zaman polimer çözüm viskozite bağlı olarak değişebilir.
  3. Polimer Filmler taşıyıcı yüzey üzerinde hemen sonra iplik crosslinking odasına aktar. 365 nm UV ampul altında 60 dk için filmler ve 24 h 120 ° c ile daha fazla vakum bir fırında sonrası tedavisini polimerize fotoğraf tam belgili tanımlık değişme.
  4. Tedavi polimer filmler 4.5 mm genişlik ve uzunlukları DMA test etmek için 50 mm ile dikdörtgen örnekleri kesilmiş. Kalınlıkları 5 ila 50 µm için farklı olabilir. Örnekleri (Adım 1.4.1 veya 1.4.2 seçin) iki farklı yöntemleri uygulayarak geometri ölçme içine getirilebilir.
    1. Tedavi polimer Filmler CO2 lazer kullanarak dikdörtgenler kesti. CO2 lazer mikro işleme parametrelerini ayarlamak % 5.0 güç (2.0 W) ve %10.0 hız (0.254 m/s) (şekil 3A).
    2. DMA örnekleri fotolitografi bir sınıf 10000 temiz oda tesisi (şekil 3B) kullanarak tanımlayın. SMP cam veya gofret yüzeyler temiz oda içinde başlangıç yüzeylerde kullanın.
      1. Düşük sıcaklık silikon Nitrür süreçleri aşındırma aşağıdaki plazma için zor bir maske olarak hareket etmek Kasası. Standart litografi teknikleri kullanarak aygıt anahat/şekli desen. Bir plazma yakıcısı SF6 ve O2 plazma ile zor maskesi ve SMP katmanı, sırasıyla kaldırmak için kullanın.
      2. SMP katman cam slayt/gofret aşağı kazınmış plazma sonra kalan silikon Nitrür zor maskesi uzaklıkta bulunan seyreltilmiş 10:1 HF DIP etch.
  5. Cam slayt/gofret test cihazlardan en son adımı olarak deiyonize suyla ıslatarak delaminate.

2. makina kurulumu

  1. Dinamik mekanik analyzer (DMA) bir daldırma sistemi ile kullanın. Makine daldırma fikstür gerginlik modunda (şekil 1) ile donatmak. Sıvı azot makineye bağlayın ve LN2/hava fırın gaz kaynağı olarak etkinleştirin.
  2. Yöntem aşağıdaki üç adımı da dahil olmak üzere makine yazılımı ile kuru ölçümler için yazmak: Klima, salınım sıcaklık rampa ve klima son test, sonra kümesi parametrelerini aşağıdaki gibi:
    1. Klima seçenekleri için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: modu aktif, seçme "gerginlik", eksenel kuvvet = = 0,05 N, set başlangıç değeri için "on", duyarlılık 0.0 N, orantılı güç modu = kuvvet = izleme, telafi etmek için modül seçin ", eksenel kuvvet" = sonra set dinamik güç %25.0, en düşük eksenel kuvvet = 0,05 N, programlanmış uzantısı 0.0 aşağıda Pa, mod etkin, zorlanma ayarlamak = %0,05, en düşük gerilim = %0,1, maksimum zorlanma = %0,5, en düşük güç = 0,05 N, maksimum güç 0,2 n =
    2. Salınım sıcaklık rampa için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: sıcaklık başlatmak = 10 ° C de ayar noktası miras emmek zaman = 0.0 = s, sıcaklık için beklemek, rampa oranı = 2.0 ° C/dak, son sıcaklık = = 100 ° C de süre sonra rampa emmek 0.0 = s, örnekleme oranı = 1 puan/s, düz n % = %0.275, tek noktadan, frekans = 1 Hz.
    3. Test Klima sonu için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: çevre denetimi, eksenel kuvvet ayarlama = =, modu devre dışı, dönüştürücü/motor = off.
  3. Aşağıdaki dört adım dahil olmak üzere makine yazılımı ile test daldırma için yöntem yazmak: Klima, salınım-zaman, salınım-sıcaklık rampa ve klima-test, sonu sonra kümesi parametrelerini aşağıdaki gibi:
    1. Klima seçenekleri için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: modu aktif, seçme "gerginlik", eksenel kuvvet = = 0,05 N, set başlangıç değeri için "on", duyarlılık 0.0 N, orantılı güç modu = kuvvet = izleme, telafi etmek için modül seçin ", eksenel kuvvet" = ve ayarla dinamik güç %25.0, en düşük eksenel kuvvet = 0,05 N, programlanmış uzantısı 0.0 aşağıda Pa, mod etkin, zorlanma ayarlamak = %0,05, en düşük gerilim = %0,1, maksimum zorlanma = %0,5, en düşük güç = 0,05 N, maksimum güç 0,2 n =
    2. Salınım süre aşağıdaki parametreleri ayarlayın: sıcaklık = 39,5 ° C de ayar noktası miras emmek zaman = 0.0 = s, sıcaklık için beklemek = süre kapalı, 3600.0 = s, örnekleme oranı = 1 puan/s, zorlanma % = %0.275, tek noktadan, frekans = 1 Hz.
    3. Salınım sıcaklık rampa için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: sıcaklık başlatmak = 10 ° C de ayar noktası miras emmek zaman = 300.0 = s, sıcaklık için beklemek, rampa oranı = 2.0 ° C/dak, son sıcaklık = = 85 ° C, süre sonra rampa emmek 300.0 = s, örnekleme oranı = 1 puan/s, s % Tren = %0.275, tek noktadan, frekans = 1 Hz.
    4. Test Klima sonu için aşağıdaki parametreleri ayarlayın: çevre denetimi, eksenel kuvvet ayarlama = =, modu devre dışı, dönüştürücü/motor = off.

3. örnek yükleme ve boşaltma için Kuru ölçümleri

  1. Polimer numune gerçek kalınlığı (havada) kuru kumpas ile 0,001 mm hassasiyetle sınamak için ölçmek.
  2. Örnek adı, açıklama ve örnek geometri yazılımı içine girin.
  3. 15 mm için yükleme boşluğu ayarla ve örnek yükleyin. Ortalamak ve kelepçeler vidalı önce numune hizalamak emin olun el sıkı veya 0,1 N bir tork anahtarı (şekil 3 c) kullanın.
  4. Fırın kapatın ve 2.2 bölümünde açıklanan yöntemleri kullanarak ölçüm başlatın.
  5. Ölçüm bitinceye kadar bekleyin. Fırın açmak ve polimer örnek makineden çıkarın.

4. örnek ve daldırma test etmek için bindirme

  1. Polimer numune 0,001 mm hassasiyetle PBS kumpas ile test daldırma için gerçek kalınlığını ölçmek.
  2. Örnek adı, açıklama ve örnek geometri yazılımı içine girin.
  3. Üst kavrama (şekil 4AB) adlı bir kelepçe ile sabit daldırma kabı ile kurulum hazırlamak.
  4. 15 mm için yükleme boşluğu ayarla ve örnek (şekil 4 c) yükleyin. Ortalamak ve kelepçeler vidalı önce numune (şekil 5) hizalamak emin olun el sıkı veya tork anahtarı ile 0.1 N. kullanmak
  5. Daldırma banyo alt fikstür yerleştirin ve sıkıca vida (şekil 4 d). Banyo RT PBS (şekil 4E) ile doldurmak, kapağı üst (şekil 4F) yer, fırın (şekil 4 g) kapatın ve hemen 2.3 bölümünde açıklanan yöntemleri kullanarak ölçüm başlatın. Drenaj kapalı olduğundan emin olun (şekil 4 H).
  6. Ölçüm bitinceye kadar bekleyin. PBS drenaj kullanarak daldırma hamamlar kaldırın. Fırın açmak, kapağı kabı kaldırmak, daldırma kabı sökün, kaldırın ve polimer örnek makineden çıkarın.
  7. Kelepçeler ve daldırma kabı kalan tuz PBS kaldırmak için de-ütülenmiş su ile temizleyin.

5. ölçümleri

  1. Polimer daldırma kabı olmadan havada ölçmek. Yükleme ve boşaltma madde 3 te açıklandığı örnek için yönergeleri izleyin. Bu ölçüm en az 3 tekrar x sonuçları istatistiksel alaka ile toplamak için.
  2. Polimer 4 bölümünde açıklanan adımları izleyerek daldırma banyo içinde ölçmek. En az 3 ölçüm tekrar x sonuçları istatistiksel alaka ile toplamak için.

6. veri yorumu

  1. Makine yazılımında nerede ham verileri tablo biçiminde görüntülenebilir veya bir grafik çizilen sonuçları sekmesini açın.
  2. Daldırma ölçümü, salınım-zaman ölçüyü depolama modülü yumuşatma Kinetik değerlendirmek için zaman içinde ilk bölümünü arsa. Ne kadar hızlı PBS içinde dalmış iken zamanla in polimer azaltır eğri görüntüler.
  3. Modül hangi düzeyde zaman unutmayın. Bu fizyolojik koşullar altında yumuşama zamanı temsil eder.
  4. Polimer tam 1 h set daldırma süre sonra yumuşadı değil, artan daldırma süresi ile ölçüm işlemini yineleyin.
  5. Salınım-sıcaklık rampalar ölçümlerin hava ve PBS sol eksen ve tan delta sağ eksen üzerindeki depolama modülü olarak polimer (kuru) önce termomekanik özelliklerini görüntülemek için sıcaklık üzerinde görüntülemek ve sonra (PBS içinde) plasticization .
  6. Kuru (Hava) için veri arsa ve PBS ölçülerini daha iyi birlikte plasticization nedeniyle termomekanik özelliklerindeki değişiklikleri görüntülemek.
  7. Bunlar ilgili sayılar ne kadar polimer implantasyonu-yumuşatır değerlendirmek için 25 ° c kuru malzemenin ve 37 ° C'de sırılsıklam örneğinin depolama modülü not edin.
  8. Tan delta Peak kuru ve sırılsıklam örnekler arasındaki değişiklikleri unutmayın.
  9. Verileri için daha fazla veri yorumu ve diğer yazılımlar ile komplo bir .txt veya .csv dosyası olarak dışa aktarın.

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

Çevre DMA kinetik ve polimerlerin genel yumuşatma yetenekleri yumuşatma analizi sağlar. Sıcaklık-zaman ölçüm modu iletişim kuralı kullanılarak, farklı polimer formülasyonları yumuşatma profilleri birbirlerine (şekil 6) karşılaştırılabilir. Bu yöntem Ayrıca yumuşatma ve oranları polimerlerin şişme ölçmek için kullanılabilir. O şekil 4 ' te farklı polimer formülasyonları 37 ° C'de PBS dalmış yaparken yumuşatma, farklı derecelerde tabi olabilir görülebilir. 370 MPa ve 40 MPa için tam yumuşatma polimer 1700 MPa yarı yumuşatma polimer yumuşatır ise not ortalaması aralığında, Sigara yumuşatma sürüm kalır. Tüm üç polimer formülasyonları yumuşatma 10-15 dk içinde yer alır.

Tg depresyon ve modül genel downshift tarafından gösterilen su kaynaklı plasticization, farklı polimer formülasyonları, değerlendirilmesi kuru DMA ölçümleri ve PBS ölçümlerde kombinasyonu kullanılmasına eğrileri (Şekil 7). Kuru polimer Tg vücut sıcaklığı yukarıda ama aşağıda ıslak durumda olduğunda polimerler yumuşatma en etkili bir şekilde çalışıyor. Böylece, polimer in camsı lastik modülü daldırma fizyolojik koşullarda (şekil 7A) üzerine düşer. Her iki Tg de vücut sıcaklığı polimer kuru ve yaş durumları olduğunda, polimer fizyolojik koşullar altında (şekil 7B) yumuşatır değil.

Figure 1
Şekil 1: daldırma sistemi ile çevre DMA. (A) için fikstür görünümünü ayrıntılı A kuru (B) ve ıslak koşullar ölçme (C). (B) ve (C) daha önce Ecker et al.2tarafından yayımlanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: Spin tam thiol-Doğu polimer yumuşatma için eğrileri. Dönüş hızı ve zaman ile elde edilen film kalınlığı arasındaki ilişkiyi gösteren tam yumuşatma thiol-Doğu polimer için eğrileri spin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: DMA test imalatı çizgili mikroskobik cam slaytlarda. DMA imalatı çizgili mikroskobik cam slaytlar(a)veya silikon gofret (B) fotolitografi kullanarak sınayın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: örnek yükleme ölçüm daldırma Küvetli için. A () DMA daldırma fikstür, geçici olarak üst kavrama, çevresinde kelepçeler ile sabit (B) daldırma kabı ile donatılmış bir kelepçe mesafe 15 mm, polimer örnek (C) yükleme (D) alt fikstür için daldırma kabı düşürülmesi ve fiksasyon vidaları, kapaliniş belgili tanımlık kapak, (G) fırını, drenaj kapalıdır (H) sağlanması kapanış ve daldırma kabı PBS, (F) ile doldurma (E) ile. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: örnek hizalamasını. (A) örnek düz ve üst ve alt kelepçeler arasında ortalanmış olmalıdır. Örnekleri olmamalıdır diagonal (B), çok yüksek veya çok düşük (C), ya da çok fazla kenarları (D) doğru. Örnek ayrıca olmamalıdır (E) kemerini ama düz olmalıdır (güvenilir ölçümler sağlamak için,F). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: Kinetik üç farklı thiol-Doğu polimerlerin yumuşama. Kinetik PBS içinde salınım-zaman protokolü için 1 h. 37 ° C'de ile ölçülen üç farklı thiol-Doğu polimerlerin yumuşatma Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: görüntüler DMA ölçümleri iki farklı SMP formülasyonları. Görüntüler (turuncu) önce iki farklı SMP formülasyonları DMA ölçümleri ve (mavi) PBS, sırasıyla iliklerine sonra. (A) A tam yumuşatma (FS) ve (B) biraz yumuşama sürümü (SS) SMP. Bu rakam Ecker vd.2' den değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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

Çevre DMA yüzeyler sinirsel implantları19 veya diğer Biyomedikal cihazlar çözümünde kullanılan çeşitli polimerler davranışını çalışma sağlar ve in vivo taklit etmek için koşullar. Bu içerir ancak polimid, parilen-C, PDMS ve SU-8 için sınırlı değildir. Hydrogels ve hücre dışı Matriks (ECM) malzemeler de bu yöntemi kullanarak araştırılması. Genel polimer yanı sıra onun yumuşatma Kinetik yumuşatma farklılıklar kolayca su, ağır su ve PBS de dahil olmak üzere farklı çözümler arasında karşılaştırılabilir. Farklı daldırma sıcaklıklarda veya değişen polimer kalınlıkları ve besteleri kaynaklanan farklılıkların etkisi test etmek mümkündür.

Bu yöntem Ayrıca yumuşatma davranışları üzerinde çeşitli tedavilerin Polimerler ve hydrogels etkisi eğitim sağlar. Tedavi uygulama çeşitli medya ve yüzey modifikasyonu yaşlanma hızlandırdı çeşitli sterilizasyon yöntemleri içerir. Bu vitro yöntem araştırmacı davranış ve bu malzemelerin dayanıklılık hakkında bilgi edinin, güvenilir vitro ölçümler elde ve gereksiz hayvan deneyleri önlemek yardımcı olur. Ancak, PBS içinde ölçüm biyolojik ortamlar taklit etmek için sadece bir yaklaşımdır. Vivo koşulları iyonu konsantrasyonu ve antikorlar, proteinler ve biyolojik medya/doku içinde diğer türler gibi birçok yönleri farklı olabilir. Hedeflediğiniz bölgenin bağlı olarak Denemecileri de tris arabelleğe alınmış serum fizyolojik (TBS), TBS-T (TBS polysorbate 20 ile), sığır serum albumin (BSA), beyin-omurilik sıvısı (bos) ve diğer vücut gibi çevresel ölçümler için farklı medya kullanmayı düşünün sıvılar.

Buna ek olarak, bir vivo içinde çalışma tamamlandıktan sonra probları mekanik özelliklerini bir hayvan explantation sonra karakterize etmek mümkündür. Bu bir vücut çevre ve karşılaştırma vitro verilere yumuşatma sonra soruşturma sonda davranış izin verir.

Bu çözüm banyo için ayarla sıcaklık ve gerçek sıcaklık arasında bir sapma olduğu unutulmamalıdır. Gerçeğini iki farklı Derece kontrolcüleri kullanılmakta olan nedeniyle bu: bir sıcaklık kontrolü (dışında daldırma banyo) ve başka (iç daldırma banyo) sıcaklığı ölçmek için. Dış sıcaklık 39,5 ° C için ayarladığınızda, banyo iç sıcaklığı 37 ° C'de stabilize bulduk

Sıcaklık aralığı ölçümleri çözümleri içinde için doğal olarak onların kristalizasyon ve kaynama sıcaklıkları tarafından sınırlı. Bu sırasıyla en az 10 K üzerinde ve bu sıcaklık altında kalmasını tavsiye edilir.

İliklerine kadar/ölçümleri yumuşatma için kullanılan daldırma çözüm başlangıç sıcaklığı oda sıcaklığında olmalıdır veya için en iyi koşulları sonda implantasyonu-taklit etmek için vücut ısısı önceden ısınmış tartışılıyor. RT PBS kullanımı doğru konuma hizalanır iken implantasyon ve bu genellikle tutulmasını implantasyon tarafına yakın önce sonda RT tutulur gerçeği dikkate alır. Bu aşamada, sonda zaten nedeniyle nemli ortamın yumuşatmak başlayabilir. 37 ° C PBS ile başlayan, bir tüfek yaklaşım ekleme için daha iyi taklit.

Açıklanan sonuçlar polimer Filmler gerilim modunda üzerinde ölçüldü; Ancak, çevre DMA da ilgili fikstür ölçümleri sıkıştırma ve kesme yeteneğine kullanıldığında. Bu nedenle, bu da diğer örnek geometrileri ölçüm için sağlar. Daldırma kabı içinde kullanılabilir alanı sınırlıdır ve böylece bu kabı içinde ölçümleri için kullanılan örnekleri kendi boyutları tarafından kısıtlanır unutulmamalıdır.

Başka bir bu yöntemi (kuru ve ıslak koşullarda) ölçüm sırasında örnekleri tarafından oluşturulan Kuvvetleri algılamak için kullanılan yük hücresi kısıtlamasıdır. Yük hücresi sadece 35 N, bu nedenle örnek boyutu/geometri sınırlar kadar güçleri ölçebilirsiniz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Acknowledgments

Yazarlar doktor Taylor Ware onun çevre DMA kullanmak için bize izin verdiği için teşekkür etmek istiyorum.

Bu eser, Yardımcısı Savunma Bakanı Peer gözden tıbbi araştırma programı aracılığıyla [W81XWH-15-1-0607] sağlık işleri için Office tarafından desteklenmiştir. Görüşleri, Yorumlar, sonuç ve öneriler yazarlar vardır ve ille Savunma Bakanlığı tarafından onaylanan.

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).
Sinirsel implantları yumuşatma davranışını tahmin etmek için çevre dinamik mekanik analiz
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