Summary
Om betrouwbare voorspellingen van de verzachting van polymere substraten voor neurale implantaten in een in vivo -omgeving, is het belangrijk dat een betrouwbare in vitro -methode. Hier, wordt het gebruik van dynamische mechanische analyse, in fosfaatgebufferde zoutoplossing op lichaamstemperatuur gepresenteerd.
Abstract
Wanneer u dynamisch verzachtende substraten voor neurale implantaten, is het belangrijk dat een betrouwbare in vitro -methode om de verzachtende werking van deze materialen te karakteriseren. In het verleden, het niet mogelijk geweest om te meten op bevredigende wijze de verzachting van dunne lagen onder omstandigheden nabootsen van lichaam omgeving zonder aanzienlijke inspanning. Deze publicatie presenteert een nieuwe en eenvoudige methode waarmee dynamische mechanische analyse (DMA) van polymeren in oplossingen, zoals fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS), bij relevante temperaturen. Het gebruik van milieu DMA kunt meten van de verzachtende effecten van polymeren als gevolg van plasticization in diverse media en temperaturen, waardoor dus een voorspelling van het gedrag van materialen in vivo omstandigheden.
Introduction
Een nieuwe generatie materialen gebruikt als substraten voor neurale implantaten omvat verzachtende vorm geheugen polymeren1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Deze materialen zijn stijf genoeg tijdens implantatie te overwinnen van kritische knik krachten, maar ze worden maximaal drie ordes van grootte zachter na implantatie in de omgeving van een lichaam. Er wordt voorspeld dat deze materialen een betere interactie van het apparaat-weefsel als gevolg van de verminderde mismatch in modulus in vergelijking met traditionele materialen gebruikt in neurale implantaten, zoals wolfraam of silicium weergeven. Traditionele, stijve apparaten Toon inflammatoire respons na implantatie, gevolgd door weefsel inkapselen en astroglial littekens, wat vaak resulteert in apparaat mislukking10,11. Het is een gemeenschappelijke veronderstelling dat minder stijf apparaten de vreemd lichaam reactie12,13,14 minimaliseren. De stijfheid van een apparaat wordt bepaald door de oppervlakte van de dwarsdoorsnede en modulus. Daarom is het belangrijk om beide factoren ter verbetering van de naleving van de apparaat en, uiteindelijk, de interactie van de tissue apparaat.
Het werk op het ontharden van polymeren was geïnspireerd door het werk van Nguyen et al.15, die aangetoond dat mechanisch-compatibele intracortical implantaten de neuroinflammatoire reactie verminderen. Ze hebben eerder mechanisch-adaptieve poly(vinyl acetate)/manteldieren cellulose nanocrystal (tCNC) nanocomposieten (NC), die na implantatie compatibel worden gebruikt.
De Voit lab, aan de andere kant, gebruikt het hoogst afstembare systeem van thiol-Ono en thiol-Ono/acrylaat polymeren. Deze materialen zijn voordelig in die zin dat de mate van verzachten na blootstelling aan in vivo omstandigheden kan gemakkelijk worden afgestemd door het polymeer ontwerp. Door het kiezen van de juiste polymeer samenstelling en dichtheid van de dwarslijn, de temperatuur van de overgang glas en Youngs modulus van het polymeer kunnen worden gewijzigd van2,4,,5,,6,8. Het onderliggende effect van de verzachting is de plasticization van het polymeer in een waterige omgeving. Door met een polymeer met een glas overgang temperatuur (Tg) boven lichaamstemperatuur wanneer droog (de toestand tijdens de implantatie), maar onder de lichaamstemperatuur na te zijn ondergedompeld in water of PBS, de resulterende stijfheid/modulus van het polymeer kan verschuiven van glazig (stijve) ostand naar rubberachtige (zachte) wanneer geïmplanteerd16.
Nauwkeurige en betrouwbare metingen van de verzachting als gevolg van de plasticization en de verschuiving van Tg van de droge NAT Staten hebben echter niet in geslaagd te meten in het verleden. Traditionele dynamische mechanische analyse wordt uitgevoerd in de lucht of inerte gassen en staat niet toe voor het meten van de thermomechanische eigenschappen van polymeren in een oplossing. In eerdere studies, hebben de polymeren zijn ondergedompeld in PBS voor verschillende hoeveelheden van tijd. Gezwollen monsters werden vervolgens gebruikt voor het uitvoeren van dynamische mechanische analyse (DMA)6,7,8. Echter, aangezien de procedure een temperatuur oprit impliceert, monsters beginnen te droog tijdens de meting en representatieve gegevens opleveren. Dit geldt met name als de grootte van de steekproef kleiner wordt. Om te voorspellen de verzachting van neurale sondes, zou het nodig zijn voor het testen van 5 tot 50 µm-dunne polymeerlagen, die is niet mogelijk met traditionele DMA als gevolg van de bovengenoemde drogen van de monsters tijdens de meting.
Hess et al.17 hebben ontworpen een custom-built microtensile testen machine te beoordelen van de mechanische eigenschappen van mechanisch adaptieve materialen met behulp van een milieuvriendelijke gecontroleerde methode. Ze hebben vroeger een airbrush-systeem te spuiten van water op de monsters tijdens de meting om te voorkomen dat ze uitdrogen.
Het gebruik van milieu DMA (Figuur 1), voorziet echter in meting van polymeerlagen in oplossingen, zoals water en PBS, bij verschillende temperaturen. Hierdoor niet alleen de meting van het polymeer van thermomechanische eigenschappen in de Braziliaanse gedrenkt/verzacht, maar ook de meting van de verzachtende kinetiek. Zelfs trekproeven en zwelling metingen zijn mogelijk binnen de onderdompeling bad van deze machine. Dit zorgt voor exacte studies van de plasticization-geïnduceerde verzachting van polymeer substraten te voorspellen in vivo gedrag.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. bereiding van de monsters van het polymeer testen
- De verzachtende thiol-een polymeer volgens eerdere protocollen in een zuurkast te synthetiseren. 1 , 2 , 4 , Kwantitatieve hoeveelheid thiol aan alkeen monomeren 18 kort, meng met een totaal van 0.1 wt % foto-initiator.
- Voorbereiden op een flesje van 20 mL glas mengen van polymeer. Bedek de flacon in aluminiumfolie om te voorkomen dat invallende licht contact opnemen met de oplossing van het monomeer en houden bij kamertemperatuur (RT). Gebruik van alle chemische stoffen als ontvangen zonder verdere zuivering.
- Voor volledig verzachtende polymeer, voeg 50 mol % 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO), 45 mol % Trimethylolpropaan tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP), en 5% van de mol Tris [2-(3-mercaptopropionyloxy) ethyl] isocyanurate (TMICN) naar de flacon met behulp van een wegwerp plastic pipet gedekt.
- 0.1 wt % van de photoinitiatior 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) aan de polymeeroplossing toevoegen.
- Meng de inhoud binnen de flacon door planetaire snelheid mengen zonder de oplossing aan het licht bloot te stellen.
Opmerking: De polymeeroplossing is gevoelig voor licht en zal beginnen te polymeriseren na 45 tot 60 minuten, zelfs als bedekt met folie. Daarom gebruiken de polymeeroplossing zo spoedig mogelijk na het mengen.
- Spin jas de polymeeroplossing bedoeld in punt 1.1 als dunne lagen tussen 5 tot 50 µm in dikte op microscopische glas dia's of silicium wafers als vervoerder substraat volgens de spin-curve (Figuur 2). Voor 30 µm laagdikte, draaien op 600 rpm voor 30 s.
Opmerking: Wanneer u een andere formulering van de SMP, de vrille vaart en de tijd kunnen variëren afhankelijk van de viscositeit van de polymeeroplossing. - Overbrengen in de polymeerlagen op het substraat vervoerder onmiddellijk na spinnen het crosslinking kamer. Foto-polymeriseren de films voor 60 min onder 365 nm UV lampen en na kuur gedurende 24 uur in een vacuüm oven op 120 ° C tot verdere voltooien de conversie.
- Snijd de gerookte polymeerlagen in rechthoekig monsters met een breedte van 4,5 mm en lengtes van 50 mm voor het testen van de DMA. Diktes variëren van 5 tot 50 µm. De monsters kunnen worden gebracht in het meten van de geometrie twee verschillende methoden (Kies stap 1.4.1 of 1.4.2) toe te passen.
- Snijd de gerookte polymeerlagen in rechthoeken met behulp van een CO2 -laser. De CO2 -laser Microbewerking parameters instellen tot 5,0% macht (2.0 W) en snelheid van 10,0% (0.254 m/s) (figuur 3A).
- Definieer de DMA monsters met behulp van fotolithografie in een klasse 10000 cleanroom faciliteit (figuur 3B). Gebruik de SMP-op-glas of wafer substraten als de startende substraten in de cleanroom.
- Kluisje lage temperatuur siliciumnitride als een harde masker voor de volgende plasma etsen van processen op te treden. Het patroon van de omtrek/apparaatshape met behulp van standaard lithografie technieken. Gebruik een plasma etser met SF6 en O2 plasma harde masker en SMP laag, respectievelijk te verwijderen.
- Nadat de SMP-laag plasma geëtst tot het glas dia/wafer is, etch het resterende siliciumnitride harde masker weg in verdunde 10:1 HF duik.
- De apparaten van de test van de glazen dia/wafer delamineren door inweken in gedeïoniseerd water als de laatste stap.
2. machine setup
- Een dynamische mechanische analyzer (DMA) gebruiken met een onderdompelingssysteem. Het uitrusten van de machine met het meubilair van de onderdompeling in spanning-modus (Figuur 1). De vloeibare stikstof verbinden met de machine en schakel LN2/lucht als een gas-bron voor de oven.
- Schrijven van de methode voor droge metingen met de software van de machine, met inbegrip van de volgende drie stappen: airconditioning, trilling temperatuur oprit en conditionering einde van test, vervolgens de parameters als volgt instellen:
- Stel de volgende parameters voor de conditionering opties: modus = actieve, selecteert u "spanning", axiale kracht = 0,05 N, oorspronkelijke waarde instellen op "on", gevoeligheid = 0,0 N, proportionele force-modus = kracht modulus bijhouden, compenseren = aan, selecteer "axiale kracht" en stel vervolgens dynamische kracht tot 25,0%, minimum axiale kracht = 0,05 N, geprogrammeerd uitbreiding onder 0.0 Pa, modus ingeschakeld, stam aanpassen = 0,05%, minimale spanning = 0,1%, maximale druk = 0,5%, minimale kracht = 0,05 N, maximale kracht = 0,2 N.
- Stel de volgende parameters voor de trilling temperatuur helling: start temperatuur = 10 ° C, erven instelpunt = off, weken tijd = 0,0 s, wachten op temperatuur = aan, oprit tarief = 2,0 ° C/min, eindtemperatuur = 100 ° C, geniet van de tijd na oprit = 0,0 s, samplefrequentie = 1 pts/s, strai n % = 0,275%, aanspreekpunt, frequentie = 1 Hz.
- Stel de volgende parameters voor het eind van de conditionering van test: omgevingsbeheersing = off, axiale kracht aanpassing =, modus uitgeschakeld, transducer/motor = off.
- Schrijven van de methode voor de onderdompeling testen met de machine software met inbegrip van de volgende vier stappen: airconditioning, trilling-tijd, trilling-temperatuur oprit en airconditioning-einde van de test, vervolgens de parameters als volgt instellen:
- Stel de volgende parameters voor de conditionering opties: modus = actieve, selecteert u "spanning", axiale kracht = 0,05 N, oorspronkelijke waarde instellen op "on", gevoeligheid = 0,0 N, proportionele force-modus = kracht modulus bijhouden, compenseren = aan, selecteer "axiale kracht" en stel dynamische kracht tot 25,0%, minimum axiale kracht = 0,05 N, geprogrammeerd uitbreiding onder 0.0 Pa, modus ingeschakeld, stam aanpassen = 0,05%, minimale spanning = 0,1%, maximale druk = 0,5%, minimale kracht = 0,05 N, maximale kracht = 0,2 N.
- De volgende parameters instellen voor de trilling keer: temperatuur = 39,5 ° C, erven instelpunt = off, weken tijd = 0,0 s, wachten op temperatuur = off, duur = 3600.0 s, sampling-frequentie = 1 pts/s, stam % = 0,275%, aanspreekpunt, frequentie = 1 Hz.
- Stel de volgende parameters voor de trilling temperatuur helling: start temperatuur = 10 ° C, erven instelpunt = off, weken tijd = 300.0 s, wachten op temperatuur = off, oprit tarief = 2,0 ° C/min, eindtemperatuur = 85 ° C, geniet van de tijd na oprit = 300.0 s, samplefrequentie = 1 pts/s, s trein % = 0,275%, aanspreekpunt, frequentie = 1 Hz.
- Stel de volgende parameters voor het eind van de conditionering van test: omgevingsbeheersing = off, axiale kracht aanpassing =, modus uitgeschakeld, transducer/motor = off.
3. voorbeeld laden en lossen voor droge metingen
- Meet de werkelijke dikte van het polymeer model voor droge (in lucht) testen met remklauw met 0,001 mm precisie.
- Voer de monster naam, beschrijving en monster meetkunde in de software.
- Stel de kloof laden tot 15 mm en laden van het monster. Zorg ervoor om te centreren en uitlijnen specimen voordat de klemmen zijn geschroefd strak de hand of gebruik een momentsleutel met 0,1 N (Figuur 3 c).
- Sluit de oven en start van de meting met behulp van de methoden beschreven in punt 2.2.
- Wacht totdat de meting voorbij is. Open de oven en verwijder het polymeer monster uit de machine.
4. de monster laden en lossen voor het testen van de onderdompeling
- Het meten van de werkelijke dikte van het polymeer model voor onderdompeling testen in PBS met remklauw met 0,001 mm precisie.
- Voer de monster naam, beschrijving en monster meetkunde in de software.
- De installatie voorbereiden met het bekerglas van de onderdompeling vast met een klem op de bovenste grip (figuur 4AB).
- Stel de kloof laden tot 15 mm en laden van het monster (figuur 4C). Zorg ervoor om te centreren en uitlijnen van het model (Figuur 5) voordat de klemmen zijn geschroefd strak de hand of een momentsleutel gebruiken met 0,1 N.
- Plaats van de onderdompeling bad op de bodem meubilair en schroef het strak (Figuur 4 d). Vul het bad met RT PBS (figuur 4E), plaats de deksel op de top (figuur 4F), sluit de oven (Figuur 4 g) en start de meting onmiddellijk met behulp van de methoden beschreven in punt 2.3. Zorgen dat de afvoer is gesloten (Figuur 4 H).
- Wacht totdat de meting voorbij is. Verwijder de PBS uit de onderdompeling baden met behulp van de afvoer. Open de oven, en verwijder het deksel van het bekerglas losschroeven van het bekerglas onderdompeling, tillen en verwijder het polymeer monster uit de machine.
- Reinig de klemmen en onderdompeling bekerglas met-gestreken water te verwijderen van alle resterende zout van de PBS.
5. metingen
- Meten van het polymeer in de lucht zonder het bekerglas onderdompeling. Volg de aanwijzingen voor steekproef laden en lossen zoals beschreven in sectie 3. Herhaal deze meting ten minste 3 x om te verzamelen van resultaten met statistische relevantie.
- Meten van het polymeer in het bad van de onderdompeling de procedure die wordt beschreven in sectie 4. Herhaal de meting ten minste 3 x om te verzamelen van resultaten met statistische relevantie.
6. de data interpretatie
- Open het tabblad resultaten in de software van de machine, waar de ruwe gegevens kan worden weergegeven in een tabelindeling of uitgezet als een grafiek.
- Plot van het eerste deel van de onderdompeling meting, de trilling-tijdmeting, als opslag elasticiteitsmodulus na verloop van tijd te evalueren van de verzachtende kinetiek. De curve geeft weer hoe snel de absolute waarde van het polymeer vermindert na verloop van tijd terwijl ondergedompeld in PBS.
- Opmerking de tijd waartegen de modulus stabiliseren. Hiermee wordt de tijd voor het ontharden onder fysiologische omstandigheden.
- Als het polymeer niet volledig na de ingestelde onderdompeling tijd van 1 h afgezwakt is, herhaal de meting met verhoogde onderdompeling tijd.
- De hellingen van de trilling-temperatuur van de metingen in de lucht en PBS weergeven als opslag modulus op de linkeras en tan delta op de juiste as over temperatuur de thermomechanische eigenschappen van het polymeer vóór (droog) weer te geven en na (in PBS) plasticization .
- De gegevens voor de droge (lucht) uitzetten en PBS metingen samen tot een betere weergave van de veranderingen in thermomechanische eigenschappen als gevolg van plasticization.
- Opmerking de modulus van de opslag van de droog materiaal bij 25 ° C en het doorweekte monster bij 37 ° C, zoals dit zijn de relevante nummers voor de evaluatie van hoeveel het polymeer zal verzachten tijdens implantatie.
- Opmerking de wijzigingen in tan delta piek tussen de droge en doorweekt monsters.
- De gegevens exporteren als een txt- of CSV-bestand voor verdere data interpretatie en plotten met andere software.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het gebruik van milieu DMA maakt de analyse van het ontharden van kinetica en algehele verzachtende vermogens van polymeren. Met behulp van de modus temperatuur-tijd meten van het protocol de verzachtende profielen van verschillende polymeer formuleringen kunnen worden ten opzichte van elkaar bevinden (Figuur 6). Deze methode kan ook worden gebruikt om te kwantificeren verzachten en de zwelling van de prijzen van polymeren. Het kan worden gezien in Figuur 4 dat verschillende polymeer formuleringen verschillende graden van verzachten terwijl ondergedompeld in de 37 ° C PBS kunnen ondergaan. De versie niet-zachter blijft in het GPa-bereik, terwijl de semi-verzachtende polymeer uit 1700 MPa 370 MPa en de volledig verzachtende polymeer op 40 MPa verzacht. De verzachting van alle drie polymeer formuleringen vindt plaats binnen de 10 à 15 min.
Het gebruik van de combinatie van droge DMA metingen en metingen in PBS zodat kan worden nagegaan van water-geïnduceerde plasticization van verschillende polymeer formuleringen, die wordt weergegeven door de depressie van de T-g en algehele terugschakelen van de absolute waarde curven (Figuur 7). De verzachting van de polymeren vallende werkt meest effectief wanneer het droog polymeer een T-g boven lichaamstemperatuur maar minder dan die in vochtige staat heeft. Dus, daalt de absolute waarde van het polymeer van het glazig tot rubberachtige modulus bij onderdompeling onder fysiologische omstandigheden (figuur 7A). Wanneer de Tg van zowel de droge en natte Staten van het polymeer ruim boven lichaamstemperatuur zijn, zal het polymeer niet verzachten, onder fysiologische omstandigheden (figuur 7B).
Figuur 1: milieu DMA met onderdompelingssysteem. (A) A meer gedetailleerde weergave van de armatuur voor droog (B) en NAT (C) voorwaarden te meten. (B) en (C) zijn eerder gepubliceerd door Ecker et al.2. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: Spin curven voor volledig verzachten thiol-een polymeer. Spin curven voor volledig verzachtende thiol-een polymeer tonen de relatie tussen vrille vaart en tijd en de resulterende laagdikte. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: fabricage van DMA test strepen op microscopische glas dia. Fabricage van DMA test strepen op microscopische glas dia's (A) of silicium wafers (B) met behulp van fotolithografie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: monster laden voor meting met onderdompeling bad. A () DMA uitgerust met onderdompeling meubilair, (B) onderdompeling bekerglas tijdelijk vast met klemmen rond de greep van de bovenste, (C) laden van polymeer monster op een afstand van de klem van 15 mm, (D) verlaging van de onderdompeling bekerglas aan lagere meubilair en fixatie met schroeven, (E) vullen de onderdompeling bekerglas met PBS, (F) sluiten van het deksel, (G) het sluiten van de oven, en (H) ervoor te zorgen dat de afvoer is gesloten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: uitlijning van monster. (A) het monster moet rechte en gecentreerd tussen de boven- en onderkant klemmen. Monsters mag niet diagonaal (B), te hoog of te laag (C), of teveel naar de randen (D). Monster mag ook niet verbogen (E) maar moet rechte (F) om betrouwbare metingen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: kinetiek van drie verschillende thiol-Ono polymeren verzachten. Verzachten van de kinetiek van drie verschillende thiol-Ono polymeren zoals gemeten met het protocol van de trilling-tijd binnen PBS bij 37 ° C gedurende 1 h. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: Displays DMA metingen van twee verschillende formuleringen van het SMP. Toont DMA metingen van twee verschillende SMP formuleringen voor (oranje) en na (blauw) onderdompelen in PBS, respectievelijk. (A) A volledig-zachter (FS) en (B) enigszins verzachten versie (SS) voor SMP. Dit cijfer is gewijzigd van Ecker et al.2. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het gebruik van milieu DMA maakt de studie van het gedrag van verschillende polymeren gebruikt als substraten voor neurale implantaten19 of andere biomedische apparaten in de oplossing en om na te bootsen in vivo voorwaarden. Dit omvat, maar is niet beperkt tot, polyimide, parylene-C, PDMS en SU-8. Hydrogels en materialen van de extracellulaire matrix (ECM) kunnen ook worden onderzocht met behulp van deze methode. De verschillen van de algemene versoepeling van het polymeer, evenals zijn verzachtende kinetiek kunnen gemakkelijk worden vergeleken tussen verschillende oplossingen, inclusief water, zwaar water en PBS. Het is ook mogelijk om te testen van de invloed van verschillende onderdompeling temperaturen of verschillen die voortvloeien uit verschillende polymeer dikte en composities.
Met deze methode kunt ook bestuderen van de invloed van verschillende behandelingen op verzachtende gedrag van polymeren en hydrogels. Behandelingen omvatten de toepassing van verschillende sterilisatie methoden, versnelde veroudering in diverse media, en oppervlakte modificatie. Deze methode van in vitro helpt onderzoekers leren over het gedrag en de duurzaamheid van deze materialen, het verkrijgen van betrouwbare in vitro metingen en vermijden van geen onnodige dierproeven. Meten in PBS is echter slechts een benadering van de biologische omgevingen na te bootsen. In vivo voorwaarden kunnen variëren in vele aspecten, zoals ion concentratie en de beschikbaarheid van antilichamen, proteïnen en andere soorten binnen biologische media/weefsels. Afhankelijk van het gerichte gebied overwegen onderzoekers ook met behulp van verschillende media voor milieumetingen, zoals tris-gebufferde zoutoplossing (TBS), TBS-T (TBS met Polysorbaat 20) bovien serumalbumine (BSA), cerebrospinale vloeistof (CSF) en andere instantie vloeistoffen.
Daarnaast is het mogelijk te karakteriseren de mechanische eigenschappen van sondes Na uitname van een dier na een in vivo onderzoek is afgerond. Hierdoor kan het onderzoek van het gedrag van de sonde na verzachten in een lichaam milieu en vergelijking voor in vitro gegevens.
Opgemerkt moet worden dat er een verschuiving tussen de temperatuur instellen voor het bad van de oplossing en de werkelijke temperatuur is. Dit is vanwege het feit dat twee verschillende temperatuur controllers worden gebruikt: een voor temperatuurregeling (buiten de onderdompeling bad) en een voor het meten van de temperatuur (in de onderdompeling bad). We vonden dat wanneer de buitentemperatuur is ingesteld op 39,5 ° C, de temperatuur in het bad gestabiliseerd bij 37 ° C.
Het temperatuurbereik voor metingen binnen oplossingen zijn natuurlijk beperkt door hun kristallisatie en kooktemperaturen. Het is aanbevolen om blijven minstens 10 K boven en onder deze temperaturen, respectievelijk.
Het is de begin temperatuur van de oplossing van de onderdompeling gebruikt voor het inweken/verzachting van metingen moet kamertemperatuur of vooraf opgewarmd tot lichaamstemperatuur na te bootsen beste de voorwaarden tijdens sonde implantatie besproken. Het gebruik van RT PBS rekening wordt gehouden met het feit dat de sonde wordt bewaard op RT voordat implantatie en dat het meestal wordt bewaard in de onmiddellijke nabijheid naar de implantatie kant terwijl het wordt uitgelijnd op de juiste positie. In dit stadium kan de sonde al beginnen te verzachten als gevolg van het vochtig milieu. Beginnen met 37 ° C PBS zal beter nabootsen een shotgun benadering voor plaatsing.
De beschreven resultaten werden gemeten op polymeerlagen in spanning-modus; het milieu DMA is echter ook geschikt voor metingen in compressie en afschuiving bij het gebruik van de respectieve meubilair. Daarom, hierdoor kunnen ook voor het meten van andere monster geometrieën. Opgemerkt moet worden dat de beschikbare ruimte binnen het bekerglas onderdompeling beperkt is, en dus de monsters gebruikt voor metingen binnen deze bekerglas zijn beperkt door hun grootte.
Een andere beperking van deze methode is de cel van de belasting, die wordt gebruikt voor het detecteren van de krachten die door de monsters wordt gegenereerd tijdens de meting (in droge en natte omstandigheden). De belasting-cel kan alleen krachten tot 35 N, die daarom beperkingen aan de steekproef grootte/geometrie meten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Acknowledgments
De auteurs willen bedanken Dr. Taylor Ware voor het toestaan van ons om het gebruik van DMA met zijn milieu.
Dit werk werd gesteund door het Bureau van de Assistant Secretary of Defense for gezondheid zaken via de Peer Reviewed medische Research Program [W81XWH-15-1-0607]. Adviezen, interpretaties, conclusies en aanbevelingen zijn die van de auteurs, en niet noodzakelijkerwijs onderschreven door het ministerie van defensie.
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).
