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Bioengineering

पर्यावरणीय गतिशील यांत्रिक विश्लेषण तंत्रिका प्रत्यारोपण के नरम व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए

Published: March 1, 2019 doi: 10.3791/59209
Automatic Translation
1, 1,2,3, 2,3,4
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Texas at Dallas, 2Department of Materials Science and Engineering, University of Texas at Dallas, 3Center for Engineering Innovation, University of Texas at Dallas, 4Department of Bioengineering, University of Texas at Dallas

Summary

विवो वातावरण में तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए पॉलिमेरिक के नरम होने के विश्वसनीय भविष्यवाणियों की अनुमति देने के लिए, यह एक विश्वसनीय में विट्रो विधि है महत्वपूर्ण है । यहां, शरीर के तापमान पर फॉस्फेट buffered में गतिशील यांत्रिक विश्लेषण का उपयोग प्रस्तुत किया है ।

Abstract

जब गतिशील रूप से तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए substrates नरम का उपयोग करना, यह महत्वपूर्ण है के लिए एक विश्वसनीय इन विट्रो विधि में इन सामग्रियों के नरम व्यवहार की विशेषता है । अतीत में, यह पर्याप्त प्रयास के बिना शरीर पर्यावरण नकल उतार शर्तों के तहत पतली फिल्मों के नरम उपाय करने के लिए संतोषजनक ढंग से मापने के लिए संभव नहीं किया गया है. यह प्रकाशन एक नया और सरल तरीका है कि प्रासंगिक तापमान पर, ऐसे फॉस्फेट buffered खारा (pbs) के रूप में समाधान में पॉलिमर के गतिशील यांत्रिक विश्लेषण (DMA) की अनुमति देता है प्रस्तुत करता है । पर्यावरण DMA का उपयोग विभिन्न मीडिया और तापमान में प्लास्टिकीकरण के कारण पॉलिमर के नरम प्रभावों के मापन की अनुमति देता है, जो इसलिए vivo स्थितियों में सामग्री व्यवहार की भविष्यवाणी की अनुमति देता है ।

Introduction

तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए substrates के रूप में इस्तेमाल सामग्री की एक नई पीढ़ी के मृदुल आकार स्मृति पॉलिमर1,2,3,4,5,6,7 शामिल ,8,9. इन सामग्रियों को गंभीर व्याकुंचन बलों पर काबू पाने के लिए प्रत्यारोपण के दौरान काफी कठोर हैं, लेकिन वे एक शरीर के माहौल में प्रत्यारोपण के बाद परिमाण नरम के तीन आदेशों तक हो जाते हैं । यह भविष्यवाणी की है कि इन सामग्रियों को एक बेहतर उपकरण-ऊतक बातचीत के कारण मापांक में कम बेमेल के रूप में पारंपरिक न्यूरल प्रत्यारोपण में इस्तेमाल किया सामग्री की तुलना में, टंगस्टन या सिलिकॉन के रूप में. पारंपरिक, कड़ी उपकरणों प्रत्यारोपण के बाद भड़काऊ प्रतिक्रिया दिखाने के लिए, ऊतक encapsulation और एस्ट्रोग्लाइल scarring जो अक्सर डिवाइस विफलता10,11में परिणाम के बाद । यह एक आम धारणा है कि कम कड़ी उपकरणों के विदेशी शरीर की प्रतिक्रिया कम12,13,14है । एक युक्ति की कठोरता अपने क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र और मापांक द्वारा तय की जाती है । इसलिए, डिवाइस अनुपालन में सुधार करने के लिए दोनों कारकों को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है और, अंततः, डिवाइस ऊतक बातचीत.

पॉलिमर नरम पर काम गुयेन एट al.15के काम से प्रेरित था, जो कि यंत्रवत् अनुरूप intracortical प्रत्यारोपण neuroinflammatory प्रतिक्रिया को कम करने का प्रदर्शन किया । वे पहले यंत्रवत्-अनुकूली पाली (vinyl एसीटेट)/ट्यूनिकेट सेल्यूलोज नैनोक्रिस्टल (tcnc) नैनोकंपोजिट (NC) का उपयोग करते हैं, जो प्रत्यारोपण के बाद बन जाते हैं ।

voit लैब, दूसरी ओर, थिओल-ene और थिओल-ene/एक्रिलेट पॉलिमर की अत्यधिक ट्यून योग्य प्रणाली का उपयोग करता है । इन सामग्रियों कि vivo स्थितियों में करने के लिए जोखिम के बाद नरम की डिग्री आसानी से बहुलक डिजाइन द्वारा tuned किया जा सकता में लाभप्रद हैं । सही बहुलक संरचना और crosslink घनत्व का चयन करके, कांच संक्रमण तापमान और युवा बहुलक के मापांक संशोधित किया जा सकता2,4,5,6,8. मृदुकरण का अंतर्निहित प्रभाव एक जलीय वातावरण में बहुलक के plasticization है । जब सूखी (प्रत्यारोपण के दौरान राज्य) शरीर के तापमान से ऊपर एक गिलास संक्रमण तापमान (टीजी) के साथ एक बहुलक होने से, लेकिन पानी या pbs में डूबे होने के बाद शरीर के तापमान के नीचे, जिसके परिणामस्वरूप कठोरता/ शीशे (कड़ी) जब सूखी रबड़ (शीतल) जब प्रत्यारोपित16से शिफ्ट कर सकते हैं ।

हालांकि, प्लास्टिकीकरण के कारण नरम का सटीक और विश्वसनीय मापन और शुष्क से गीले राज्यों में टीजी की पारी को अतीत में मापा नहीं जा पाया है । पारंपरिक गतिशील यांत्रिक विश्लेषण हवा या असक्रिय गैसों में किया जाता है और एक समाधान के अंदर पॉलीमर्स के थर्मामेकेनिकल गुणों को मापने के लिए अनुमति नहीं देता है । पिछले अध्ययनों में, पॉलिमर समय की विभिन्न मात्रा के लिए पीबीएस में डूबे हुए हैं । सूजन नमूने तो गतिशील यांत्रिक विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया (DMA)6,7,8. हालांकि, चूंकि प्रक्रिया में तापमान रैंप शामिल है, नमूने मापन के दौरान सूखने लगते हैं और प्रतिनिधि डेटा नहीं देते हैं । नमूना आकार छोटा हो जाता है, तो यह विशेष रूप से सही है । आदेश में तंत्रिका जांच के नरम भविष्यवाणी करने के लिए, यह 5 से ५० μm-पतली बहुलक फिल्मों का परीक्षण करने के लिए आवश्यक होगा, जो माप के दौरान नमूनों के abovementioned सुखाने के कारण पारंपरिक डीएमए के साथ संभव नहीं है ।

हेस एट अल.17 एक कस्टम बनाया है microtensile परीक्षण मशीन यंत्रवत् अनुकूली सामग्री के यांत्रिक गुणों का आकलन करने के लिए एक पर्यावरण नियंत्रित विधि का उपयोग कर । वे पहले से माप के दौरान नमूनों पर पानी स्प्रे करने के लिए उन्हें बाहर सुखाने से रोकने के लिए एक एयरब्रश प्रणाली का इस्तेमाल किया है.

पर्यावरण DMA (चित्रा 1) का उपयोग, हालांकि, विभिन्न तापमान पर, पानी और पीबीएस जैसे समाधान में बहुलक फिल्मों के मापन के लिए अनुमति देता है । यह न केवल लथपथ/नरम राज्य में बहुलक के थर्मामेचानिकल गुणों की माप की अनुमति देता है बल्कि इसके नरम कैनेटीक्स का माप भी है । यहां तक कि तन्यता परीक्षण और सूजन माप इस मशीन के विसर्जन स्नान के अंदर संभव हो रहे हैं । यह प्लास्टिकीकरण के सटीक अध्ययन के लिए अनुमति देता है-बहुलक substrates के प्रेरित नरम vivo व्यवहार में भविष्यवाणी करने के लिए ।

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Protocol

1. परीक्षण के लिए बहुलक नमूनों की तैयारी

  1. एक धूआं हुड के अंदर पिछले प्रोटोकॉल के अनुसार नरम थिओल-ene बहुलक synthesize । 1 , 2 , 4 , 18 संक्षेप में, कुल ०.१ wt% फोटो सर्जक के साथ ऐल्केईन मोनोमर को थिओल की मात्रात्मक मात्रा मिलाएं ।
    1. बहुलक मिश्रण के लिए एक 20 मिलीलीटर कांच की शीशी तैयार करें । एकलक समाधान से संपर्क करने से घटना प्रकाश को रोकने और कमरे के तापमान (आरटी) पर रखने के लिए एल्यूमीनियम पन्नी में शीशी को कवर । आगे की शुद्धि के बिना प्राप्त सभी रसायनों का उपयोग करें ।
    2. पूरी तरह से नरम बहुलक के लिए, जोड़ें ५० mol% 1, 3, 5-triallyl-1, 3, 5-triazine-2, 4, 6 (1h, 3h, 5h)-trione (टटाटो), ४५ mol% trimethylolpropane tris (3-मर्केप्टोप्रोपिओनेट) (tmtmp), और 5 mol% tris [2-(3-mercaptopropionyloxy) एथिल] आइसोसाइनुरेट (tmtmp) को एक डिस्पोजेबल प्लास्टिक पिपेट का उपयोग कर कवर शीशी ।
    3. बहुलक समाधान करने के लिए photoinitiatior 2, 2-डाइमेथॉक्सी-2-फेनिलऐसीटोफेनोन (dmpa) के ०.१ wt% जोड़ें ।
    4. प्रकाश के समाधान को उजागर किए बिना ग्रहों की गति मिश्रण द्वारा अच्छी तरह से शीशी के अंदर सामग्री मिलाएं ।
      नोट: बहुलक समाधान प्रकाश के प्रति संवेदनशील है और ४५ के बाद polymerize करने के लिए शुरू कर देंगे ६० मिनट, भले ही पन्नी के साथ कवर किया. इसलिए, मिश्रण के बाद के रूप में जल्दी संभव के रूप में बहुलक समाधान का उपयोग करें ।
  2. स्पिन कोट धारा १.१ में तैयार बहुलक समाधान सूक्ष्म कांच की स्लाइड्स पर मोटाई में 5 से ५० μm के बीच पतली फिल्मों के रूप में या सिलिकॉन वेफ्र्स के रूप में स्पिन वक्र (चित्रा 2) के अनुसार एक वाहक सब्सट्रेट के रूप में । 30 μm फिल्म मोटाई के लिए, 30 एस के लिए ६०० आरपीएम पर स्पिन ।
    नोट: एक अलग smp तैयार करने का उपयोग करते समय, स्पिन गति और समय बहुलक समाधान की चिपचिपाहट के आधार पर भिन्न हो सकते हैं ।
  3. वाहक पर बहुलक फिल्मों स्थानांतरण तुरंत crosslinking चैंबर के लिए कताई के बाद सब्सट्रेट । फोटो-६० मिनट के लिए फिल्मों को पॉलीमेरीज ३६५ एनएम यूवी बल्ब और पोस्ट-क्योर के लिए 24 एच के लिए १२० डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में और रूपांतरण को पूरा करने के लिए ।
  4. ४.५ मिमी की चौड़ाई और DMA परीक्षण के लिए ५० मिमी की लंबाई के साथ आयताकार नमूनों में ठीक बहुलक फिल्मों में कटौती । thicknesses से भिन्न हो सकते हैं 5 में ५० μm. नमूनों को मापने ज्यामिति दो अलग तरीकों को लागू करने में लाया जा सकता है (1.4.1 या 1.4.2 कदम चुनें) ।
    1. एक सह2 लेजर का उपयोग आयतों में ठीक बहुलक फिल्मों में कटौती । ५.०% बिजली (२.० डब्ल्यू) और १०.०% गति (०.२५४ मी/) (चित्रा 3a) के लिए सह2 लेजर माइक्रोमाइनिंग पैरामीटर सेट करें ।
    2. DMA नमूनों का उपयोग करके एक वर्ग १०००० cleanroom सुविधा (चित्रा 3b) का उपयोग करें smp-ऑन-ग्लास या वेफर सबस्ट्रेट्स के रूप में शुरू सबस्ट्रेट्स cleanroom में ।
      1. जमा कम तापमान सिलिकॉन नाइट्राइड निम्नलिखित प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के लिए एक मुश्किल मुखौटा के रूप में कार्य करने के लिए । मानक लिथोग्राफी तकनीकों के प्रयोग से युक्ति रूपरेखा/आकृति का प्रतिरूप । एफ6 और ओ2 प्लाज्मा के साथ एक प्लाज्मा नक़्क़ाश का उपयोग करने के लिए हार्ड मास्क और smp परत को दूर, क्रमशः ।
      2. के बाद smp परत प्लाज्मा कांच स्लाइड करने के लिए नीचे धंसा है/वफर, शेष सिलिकॉन नाइट्राइड हार्ड मास्क दूर में पतला 10:1 hf डुबकी खोदना ।
  5. अंतिम चरण के रूप में विआयनीकृत पानी में भिगोने से कांच स्लाइड/वेफर से परीक्षण उपकरणों delaminate ।

2. मशीन सेटअप

  1. एक विसर्जन प्रणाली के साथ एक गतिशील यांत्रिक विश्लेषक (DMA) का उपयोग करें । तनाव मोड में विसर्जन स्थिरता के साथ मशीन से लैस (चित्रा 1) । तरल नाइट्रोजन को मशीन से कनेक्ट करें और भट्टी के लिए गैस स्रोत के रूप में LN2/
  2. मशीन सॉफ्टवेयर के साथ सूखी माप के लिए विधि लिखें, निम्नलिखित तीन चरणों सहित: कंडीशनिंग, दोलन तापमान रैंप, और परीक्षण के कंडीशनिंग अंत, फिर निम्नानुसार पैरामीटर सेट करें:
    1. कंडीशनिंग विकल्प के लिए निम्न पैरामीटर सेट करें: mode = सक्रिय, का चयन करें "तनाव", अक्षीय बल = ०.०५ एन, सेट करने के लिए प्रारंभिक मूल्य "पर", संवेदनशीलता = ०.० n, आनुपातिक बल मोड = बल ट्रैकिंग, मापांक के लिए क्षतिपूर्ति = पर, का चयन करें "अक्षीय बल" फिर सेट २५.०% करने के लिए गतिशील बल, ंयूनतम अक्षीय बल = ०.०५ n, ०.० पीए नीचे क्रमादेशित विस्तार, मोड सक्षम, तनाव समायोजित = ०.०५%, ंयूनतम तनाव = ०.१%, अधिकतम तनाव = ०.५%, ंयूनतम बल = ०.०५ एन, अधिकतम बल = ०.२ एन ।
    2. दोलन तापमान रैंप के लिए निम्न पैरामीटर सेट करें: प्रारंभ तापमान = 10 ° c, उत्तराधिकार सेट प्वाइंट = बंद, समय लेना = ०.० s, तापमान के लिए रुको = पर, रैंप दर = २.० डिग्री सेल्सियस/मिनट, अंत तापमान = १०० ° c, रैंप के बाद समय लेना = ०.० s, नमूना दर = 1 अंक/ n% = ०.२७५%, एकल बिंदु, आवृत्ति = 1 हर्ट्ज ।
    3. परीक्षण के कंडीशनिंग अंत के लिए निम्नलिखित पैरामीटर सेट करें: पर्यावरण नियंत्रण = बंद, अक्षीय बल समायोजन पर, मोड अक्षम, ट्रांसड्यूसर/
  3. निम्नलिखित चार चरणों सहित मशीन सॉफ्टवेयर के साथ विसर्जन परीक्षण के लिए विधि लिखें: कंडीशनिंग, दोलन-समय, दोलन-तापमान रैंप, और परीक्षण के कंडीशनिंग-अंत, फिर निम्नानुसार पैरामीटर सेट करें:
    1. कंडीशनिंग विकल्प के लिए निम्न पैरामीटर सेट करें: mode = सक्रिय, का चयन करें "तनाव", अक्षीय बल = ०.०५ एन, सेट करने के लिए प्रारंभिक मूल्य "पर", संवेदनशीलता = ०.० n, आनुपातिक बल मोड = बल ट्रैकिंग, मापांक के लिए क्षतिपूर्ति = पर, का चयन करें "अक्षीय बल" और सेट २५.०% करने के लिए गतिशील बल, ंयूनतम अक्षीय बल = ०.०५ n, ०.० पीए नीचे क्रमादेशित विस्तार, मोड सक्षम, तनाव समायोजित = ०.०५%, ंयूनतम तनाव = ०.१%, अधिकतम तनाव = ०.५%, ंयूनतम बल = ०.०५ एन, अधिकतम बल = ०.२ एन ।
    2. दोलन समय के लिए निम्न पैरामीटर सेट करें: तापमान = ३९.५ ° c, सेट पॉइंट इनहेरिट करें = बंद, समय लेना = ०.० s, तापमान के लिए प्रतीक्षा करें = बंद, अवधि = ३६००.० s, नमूना दर = 1 अंक/एस, तनाव% = ०.२७५%, एकल बिंदु, आवृत्ति = 1 हर्ट्ज ।
    3. दोलन तापमान रैंप के लिए निम्न पैरामीटर सेट करें: प्रारंभ तापमान = 10 ° c, उत्तराधिकार सेट प्वाइंट = बंद, समय लेना = ३००.० s, तापमान के लिए प्रतीक्षा करें = बंद, रैंप दर = २.० डिग्री सेल्सियस/मिनट, अंत तापमान = ८५ ° c, रैंप के बाद समय लेना = ३००.० s, नमूना दर = 1 अंक/ ट्रेन% = ०.२७५%, एकल बिंदु, आवृत्ति = 1 हर्ट्ज ।
    4. परीक्षण के कंडीशनिंग अंत के लिए निम्नलिखित पैरामीटर सेट करें: पर्यावरण नियंत्रण = बंद, अक्षीय बल समायोजन पर, मोड अक्षम, ट्रांसड्यूसर/

3. नमूना लोड हो रहा है और सूखी माप के लिए उतराई

  1. ०.००१ मिमी परिशुद्धता के साथ कैलिपर के साथ परीक्षण शुष्क (हवा में) के लिए बहुलक नमूना की वास्तविक मोटाई को मापने ।
  2. सॉफ़्टवेयर में नमूना नाम, वर्णन और नमूना ज्यामिति दर्ज करें ।
  3. 15 मिमी के लिए लोडिंग गैप सेट और नमूना लोड । केंद्र के लिए सुनिश्चित करें और नमूना संरेखित करने से पहले clamps हाथ तंग कर रहे हैं या ०.१ एन (चित्रा 3c) के साथ एक टोक़ रिंच का उपयोग करें.
  4. भट्ठी को बंद करें और खंड २.२ में वर्णित विधियों का उपयोग कर माप प्रारंभ करें ।
  5. माप समाप्त होने तक प्रतीक्षा करें । भट्ठी खोलें और मशीन से बहुलक नमूना निकालें ।

4. विसर्जन परीक्षण के लिए नमूना लदान और उतराई

  1. ०.००१ मिमी परिशुद्धता के साथ कैलिपर के साथ पीबीएस में विसर्जन परीक्षण के लिए बहुलक नमूने की वास्तविक मोटाई को मापने ।
  2. सॉफ़्टवेयर में नमूना नाम, वर्णन और नमूना ज्यामिति दर्ज करें ।
  3. विसर्जन बीकर के साथ सेटअप तैयार ऊपरी पकड़ में एक दबाना के साथ तय (चित्रा 4a, बी) ।
  4. 15 मिमी के लिए लोडिंग गैप सेट और नमूना (चित्रा 4c) लोड । केंद्र और नमूना संरेखित करने के लिए सुनिश्चित करें (चित्रा 5) इससे पहले कि clamps हाथ तंग कर रहे हैं या ०.१ एन के साथ एक टोक़ रिंच का उपयोग करें.
  5. नीचे स्थिरता पर विसर्जन स्नान प्लेस और यह कसकर पेंच (चित्रा 4d) । RT pbs (चित्रा4e) के साथ स्नान भरें, ऊपर (चित्रा 4e) पर ढक्कन जगह, भट्ठी (चित्रा 4g) बंद करो, और माप तुरंत खंड २.३ में वर्णित तरीकों का उपयोग शुरू करते हैं । सुनिश्चित करें कि नाली बंद है (चित्रा 4h) ।
  6. माप समाप्त होने तक प्रतीक्षा करें । नाली का उपयोग कर विसर्जन स्नान से पीबीएस निकालें । भट्ठी खोलें, बीकर से ढक्कन हटाने, विसर्जन बीकर खोलना, इसे उठा, और मशीन से बहुलक नमूना हटा दें ।
  7. पीबीएस से किसी भी शेष नमक को हटाने के लिए डी-ironed पानी के साथ clamps और विसर्जन बीकर साफ करें ।

5. मापन

  1. विसर्जन बीकर के बिना हवा में बहुलक उपाय । अनुभाग 3 में वर्णित के रूप में नमूना लोडिंग और उतराई के लिए निर्देशों का पालन करें । सांख्यिकीय प्रासंगिकता के साथ परिणामों को इकट्ठा करने के लिए इस माप को कम से कम 3x दोहराएं ।
  2. धारा 4 में वर्णित चरणों के बाद विसर्जन स्नान के अंदर बहुलक को मापने । सांख्यिकीय प्रासंगिकता के साथ परिणामों को एकत्रित करने के लिए माप को न्यूनतम 3x दोहराएं ।

6. डेटा व्याख्या

  1. मशीन सॉफ़्टवेयर में परिणाम टैब खोलें, जहाँ raw डेटा किसी तालिका स्वरूप में देखा जा सकता है या ग्राफ़ के रूप में प्लॉट किया गया हो.
  2. मृदुल कैनेटीक्स का मूल्यांकन करने के लिए समय के साथ भंडारण मापांक के रूप में विसर्जन मापन, दोलन-समय मापन के पहले भाग को प्लॉट करें । इस वक्र को प्रदर्शित करता है कितनी तेजी से बहुलक के मापांक समय के साथ कम हो जाती है, जबकि pbs में डूबे.
  3. उस समय को नोट करें जिस पर मापांक स्तर बाहर है । यह शारीरिक स्थितियों के तहत नरम करने के लिए समय का प्रतिनिधित्व करता है ।
  4. बहुलक पूरी तरह से 1 ज के सेट विसर्जन समय के बाद नरम नहीं है, तो बढ़ा विसर्जन समय के साथ माप दोहराएँ.
  5. हवा और pbs में माप के दोलन-तापमान रैंप के रूप में बाईं अक्ष पर भंडारण मापांक और तापमान पर सही धुरी पर टैन डेल्टा के रूप में बहुलक के थर्मामेकेनिकल गुण प्रदर्शित करने के लिए पहले (सूखा) और (pbs में) plasticization प्रदर्शन .
  6. प्लास्टिकीकरण के कारण थर्मामेचानिकल गुणों में परिवर्तन को बेहतर ढंग से प्रदर्शित करने के लिए सूखी (हवा) और पीबीएस मापन के लिए डेटा को प्लॉट करें ।
  7. ३७ डिग्री सेल्सियस पर शुष्क सामग्री के भंडारण मापांक को 25 डिग्री सेल्सियस और ज़रुरी नमूने के रूप में नोट करें, क्योंकि ये मूल्यांकन के लिए प्रासंगिक संख्याएं हैं कि बहुलक प्रत्यारोपण के दौरान कितना नरम होगा ।
  8. सूखी और लथपथ नमूनों के बीच टैन डेल्टा पीक में परिवर्तन ध्यान दें ।
  9. आगे डेटा व्याख्या और अन्य सॉफ़्टवेयर के साथ प्लॉट करने के लिए डेटा को. txt या. csv फ़ाइल के रूप में निर्यात करें.

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Representative Results

पर्यावरणीय DMA का उपयोग बहुलकों के नरम कैनेटीक्स और समग्र सॉफ़्टनिंग क्षमताओं के विश्लेषण की अनुमति देता है । प्रोटोकॉल के तापमान को मापने के समय का उपयोग करके, विभिन्न बहुलक योगों के नरम प्रोफाइल एक दूसरे की तुलना में किया जा सकता है (चित्रा 6). इस विधि भी polymers की नरम और सूजन दरों यों तो करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । यह चित्र 4 में देखा जा सकता है कि विभिन्न बहुलक योगों को ३७ डिग्री सेल्सियस पीबीएस में विसर्जित करते समय नरम के विभिन्न डिग्री से गुजरना पड़ सकता है । गैर नरम संस्करण जीपीए रेंज में रहता है, जबकि अर्द्ध नरम बहुलक १७०० mpa से ३७० mpa, और ४० mpa के लिए पूरी तरह से नरम बहुलक softens । सभी तीन बहुलक योगों के नरम 10 से 15 मिनट के भीतर जगह लेता है ।

पीबीएस में सूखी DMA मापन और मापन के संयोजन का उपयोग विभिन्न बहुलक योगों के जल-प्रेरित प्लास्टिकीकरण के आकलन की अनुमति देता है, जो टीजी के अवसाद और मापांक के समग्र डाउनशिफ्ट द्वारा दिखाया गया है घटता है (चित्रा 7) । पॉलिमर के नरम सबसे प्रभावी ढंग से काम कर रहा है जब सूखी बहुलक शरीर के तापमान के ऊपर एक टीजी है, लेकिन नीचे है कि गीला राज्य में । इस प्रकार, बहुलक का मापांक शारीरिक स्थितियों (चित्रा 7a) के तहत विसर्जन पर रबड़ मापांक के लिए कांच से गिरता है । जब बहुलक की सूखी और गीला राज्यों दोनों के टीजी अच्छी तरह से शरीर के तापमान के ऊपर हैं, बहुलक शारीरिक स्थितियों के तहत नरम नहीं होगा (चित्रा 7b).

Figure 1
चित्रा 1: विसर्जन प्रणाली के साथ पर्यावरण DMA । (क) शुष्क (ख) और गीले (ग) स्थितियों को मापने के लिए स्थिरता का अधिक विस्तृत दृश्य । (ख) और (ग) पहले ecker एट अल.2द्वारा प्रकाशित कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: पूरी तरह से नरम थिओल-ene बहुलक के लिए स्पिन घटता । पूरी तरह से नरम करने के लिए स्पिन घटता थिओल-एनए पॉलिमर स्पिन गति और समय और परिणामी फिल्म मोटाई के बीच संबंध दिखा रहा है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: सूक्ष्म कांच स्लाइड पर DMA परीक्षण धारियों के निर्माण. सूक्ष्म कांच स्लाइड (A) या सिलिकॉन वेफर्स (B) पर photolithography का उपयोग करके DMA परीक्षण धारियों का निर्माण । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: विसर्जन स्नान के साथ माप के लिए नमूना लोड हो रहा है । एक () डीएमए विसर्जन स्थिरता के साथ सुसज्जित, (ख) विसर्जन बीकर अस्थायी रूप से ऊपरी पकड़ के आसपास clamps के साथ तय की, (ग) 15 मिमी की एक दबाना दूरी पर बहुलक नमूने की लोडिंग, (घ) कम स्थिरता के लिए विसर्जन बीकर के कम करने और शिकंजा के साथ निर्धारण, (ई) pbs के साथ विसर्जन बीकर भरना, (च) ढक्कन बंद, (जी) भट्ठी बंद, और (ज) यह सुनिश्चित करना कि नाली बंद है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: नमूना का संरेखण । (क) नमूना सीधे और ऊपर और नीचे clamps के बीच केंद्रित होना चाहिए. नमूने विकर्ण (B), बहुत अधिक या बहुत कम (C), या बहुत अधिक किनारों (D) की ओर नहीं होना चाहिए । नमूना भी पकड़े बैठा रहता नहीं होना चाहिए (ई), लेकिन विश्वसनीय माप सुनिश्चित करने के लिए सीधे (एफ) होना चाहिए. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: तीन अलग thiol-एनए पॉलिमर की कोमलता कैनेटीक्स । 1 ज के लिए ३७ डिग्री सेल्सियस पर पीबीएस के अंदर दोलन-समय प्रोटोकॉल के साथ मापा गया के रूप में तीन अलग थियोल-एनए पॉलिमर की नरम गतिकी । इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: दो अलग smp योगों के DMA माप प्रदर्शित करता है । (नारंगी) से पहले दो अलग smp योगों के DMA मापन प्रदर्शित करता है और (नीला) पीबीएस में भिगोने के बाद, क्रमशः. (एक) एक पूरी तरह से नरम (एफएस) संस्करण और (ख) थोड़ा नरम संस्करण smp के (एस) । यह आंकड़ा ecker एट अल.2से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

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Discussion

पर्यावरण DMA का उपयोग विभिन्न पॉलिमर के व्यवहार के अध्ययन को अनुमति देता है जो न्यूरल प्रत्यारोपण के लिए सबस्ट्रेट्स के रूप में इस्तेमाल किया जाता है19 या अन्य बायोमेडिकल उपकरणों के समाधान में और vivo स्थितियों में नकल करने के लिए । यह शामिल है, लेकिन करने के लिए, polyimide, parylene-C, pdms, और SU-8 तक सीमित नहीं है । hydrogels और extracellular मैट्रिक्स (ecm) सामग्री भी इस विधि का उपयोग कर जांच की जा सकती है । बहुलक के रूप में अच्छी तरह से अपने नरम कैनेटीक्स के समग्र नरम के मतभेदों को आसानी से पानी सहित विभिन्न समाधान, के बीच तुलना की जा सकती, भारी पानी, और pbs. यह भी विभिन्न विसर्जन तापमान या अलग बहुलक मोटाई और रचनाओं से उत्पन्न मतभेदों के प्रभाव का परीक्षण करने के लिए संभव है.

इस विधि भी पॉलिमर और hydrogels के व्यवहार नरम पर विभिंन उपचार के प्रभाव के अध्ययन की अनुमति देता है । उपचार विभिन्न नसबंदी तरीकों के आवेदन, विभिन्न मीडिया में त्वरित उम्र बढ़ने, और सतह संशोधन शामिल हैं । इस विट्रो विधि में शोधकर्ताओं ने इन सामग्रियों के व्यवहार और स्थायित्व के बारे में जानने में मदद मिलेगी, इन विट्रो माप में विश्वसनीय प्राप्त करें, और अनावश्यक पशु प्रयोगों से बचें । हालांकि, पीबीएस में मापने जैविक वातावरण की नकल करने के लिए सिर्फ एक दृष्टिकोण है । वीवो स्थितियों में कई पहलुओं में भिन्न हो सकते हैं, जैसे आयन एकाग्रता और एंटीबॉडी की उपलब्धता, प्रोटीन, और अन्य प्रजातियों के अंदर जैविक मीडिया/ लक्षित क्षेत्र के आधार पर, experimenters भी पर्यावरण मापन के लिए अलग मीडिया का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं, जैसे tris-buffered खारा (टीबीएस), टीबीएस टी (पॉल्यसोरबट 20 के साथ टीबीएस), गोजातीय सीरम एल्ब्युमिन (bsa), मस्तिष्कमेरु द्रव (सीएसएफ), और अंय शरीर तरल पदार्थ.

इसके अलावा, यह संभव है कि एक पशु से अन्वेषण के बाद जांच के यांत्रिक गुणों की विशेषता के बाद एक vivo में अध्ययन पूरा हो गया है । यह एक शरीर के वातावरण में नरम और विट्रो डेटा में तुलना करने के बाद जांच व्यवहार की जांच की अनुमति देगा ।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वहां एक समाधान स्नान और वास्तविक तापमान के लिए सेट तापमान के बीच ऑफसेट है । यह तथ्य यह है कि दो अलग तापमान नियंत्रकों का इस्तेमाल किया जा रहा है के कारण है: तापमान नियंत्रण के लिए एक (विसर्जन स्नान के बाहर) और तापमान को मापने के लिए एक और (विसर्जन स्नान के अंदर) । हमने पाया कि जब बाहरी तापमान ३९.५ डिग्री सेल्सियस पर सेट होता है, तो नहाने के अंदर का तापमान ३७ डिग्री सेल्सियस पर स्थिर हो जाता है ।

समाधान के अंदर माप के लिए तापमान रेंज स्वाभाविक रूप से उनके क्रिस्टलीकरण और उबलते तापमान द्वारा सीमित कर रहे हैं । इन तापमानों के ऊपर और नीचे क्रमशः 10 हज़ार से कम रहने की सिफारिश की जाती है ।

यह बहस है कि विसर्जन को भिगोने/नरम माप के लिए इस्तेमाल किया समाधान के शुरू तापमान कमरे का तापमान होना चाहिए या शरीर के तापमान के लिए पहले से गर्म करने के लिए सबसे अच्छा जांच प्रत्यारोपण के दौरान शर्तों की नकल । rt pbs का उपयोग इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए किया जाता है कि जांच को एक ही समय में प्रत्यारोपण से पहले रखा जाता है और यह आमतौर पर प्रत्यारोप पक्ष के करीब निकटता में रखा जाता है, जबकि यह सही स्थिति में संरेखित होता है । इस स्तर पर, जांच पहले से ही नम वातावरण के कारण नरम करने के लिए शुरू कर सकते हैं । ३७ ° c pbs के साथ शुरू बेहतर प्रविष्टि के लिए एक शॉटगन दृष्टिकोण की नकल करेंगे ।

वर्णित परिणाम तनाव मोड में बहुलक फिल्मों पर मापा गया; हालांकि, पर्यावरण डीएमए भी संपीड़न में माप और कतरें में सक्षम है जब संबंधित स्थिरता का उपयोग कर । इसलिए, यह भी अन्य नमूना geometries की माप के लिए अनुमति देता है. यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विसर्जन बीकर के अंदर उपलब्ध स्थान सीमित है और इस प्रकार इस बीकर के अंदर माप के लिए इस्तेमाल किए गए नमूने उनके आकारों द्वारा प्रतिबंधित हैं ।

इस विधि की एक और सीमा लोड सेल है, जो माप के दौरान नमूनों द्वारा उत्पन्न बलों का पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है (सूखी और गीला परिस्थितियों में). लोड सेल केवल ३५ N तक बल को माप सकता है, जो इसलिए नमूना आकार को सीमित करता है/

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Disclosures

लेखकों की घोषणा है कि वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है ।

Acknowledgments

लेखक हमें अपने पर्यावरण DMA का उपयोग करने के लिए अनुमति देने के लिए डॉ टेलर वेयर शुक्रिया अदा करना चाहता हूं ।

इस काम के सहकर्मी की समीक्षा की चिकित्सा अनुसंधान कार्यक्रम के माध्यम से स्वास्थ्य मामलों के लिए रक्षा के सहायक सचिव के कार्यालय द्वारा समर्थित किया गया [W81XWH-15-1-0607] । राय, व्याख्याओं, निष्कर्ष, और सिफारिशों के लेखकों के उन है और जरूरी नहीं रक्षा विभाग द्वारा समर्थन कर रहे हैं ।

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

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References

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bioengineering मुद्दा १४५ गतिशील यांत्रिक विश्लेषण नरम बहुलक plasticization तंत्रिका प्रत्यारोपण विसर्जन पर्यावरण परीक्षण थर्मामैकेनिकल मापन
पर्यावरणीय गतिशील यांत्रिक विश्लेषण तंत्रिका प्रत्यारोपण के नरम व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए
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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).

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