Için Mekanik-adaptif Polimer Nanokompozitler bir çevre kontrollü Mikrogerilim Test Ex vivo Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, dokuya implante edilen zamanın bir fonksiyonu olarak polivinil, asetat bazlı nano kompozit yapı üzerindeki sertlik değişimini ölçmektir. Bu, önce polimer nano kompozit numunelerin modellenmesi ve bunların dokuya yerleştirilmesi ve mikro mekanik testler için akrilik tutuculara yapıştırılmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, bir nem kaynağı ve radyant bir ısı kaynağı kullanarak ex vivo fizyolojik ortamı taklit etmek için bir mikro çekme test cihazı ortamı hazırlamaktır.

Daha sonra, implant örneği dokuya yerleştirilir ve belirli bir süre sonra çıkarılır. Son adım, numuneyi çevresel olarak kontrol edilen mikro çekme test cihazına yüklemek ve belirtilen implant süresinden sonra malzemenin genç modülünü belirlemek için mekanik testi yapmaktır. Sonuç olarak, çevresel olarak kontrol edilen bu mikro çekme testi, fizyolojik ortama maruz kalan zamanın bir fonksiyonu olarak Young modülü tarafından ölçülen mekanik sertlikteki değişiklikleri göstermek için kullanılır.

Bu tekniğin, dinamik mekanik analiz gibi değişken mekanik özellikleri ölçmek için mevcut yöntemlere göre temel avantajı, mikro ölçekli numunelere uygulanabilmesi ve nem ve sıcaklığın kontrol edilebilmesidir. Bu yöntem, bir implanta verilen inflamatuar yanıtın implant malzemesinin sertliğinden nasıl etkilendiği gibi nöral arayüz alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. İlk olarak, çözelti döküm ve sıkıştırma tekniği ile üretilen 25 ila 100 mikrometre kalınlığında polivinil asetat esaslı nano kompozit film elde edin.

Daha sonra, iki dakika boyunca 70 santigrat derecede sıcak bir plaka üzerinde ısıtarak filmi bir silikon gofrete yapıştırın. Bu, film ve gofret arasında yakın teması teşvik eder ve filmin mikro işleme için düz kalmasını sağlar. Şimdi filmi istenen test numunesi geometrilerine göre desenlemek için lazer mikrom işlemeyi kullanın.

Doğrudan sağ lazer mikro işleme parametreleri, 0,5 watt güce, saniyede 56 milimetre hıza ve inç makine başına 1000 darbeye ayarlanmıştır. Çevresel koşulları oluşturmak için kullanılacak numuneler, 1,5 milimetreye 1,5 milimetre yanal ped boyutlarına ve 300 mikrometreye 3000 mikrometre yanal kiriş boyutlarına sahip köpek kemiği şeklindeki yapılara kurulum numuneleri olarak adlandırılır. Kalınlık, makinedeki filmin kalınlığıyla eşleşir, ex vivo deneyler için numuneler, 300 mikrometreye altı milimetre kirişlere, filminkiyle eşleşen bir kalınlığa sahip kirişlere implant numuneleri olarak adlandırılır.

Gofret'i mikro işleme kurulumundan çıkardıktan sonra, numuneleri işlemek için numuneleri gofretten dikkatlice çıkarmak için bir tıraş bıçağı ve cımbız kullanın. Mikro çekme test cihazında kavrama sisteminin bir parçası olarak hizmet etmek üzere tasarlanmış akrilik tutucular hazırlayın. Bu deneyde, her bir tutucu 11 milimetreye yedi milimetre ve 2.2 milimetre kalınlığındadır ve mikro çekme test cihazındaki cıvatalarla hizalamak için iki deliğe sahiptir.

Lazerle kazınmış işaretler, tutucunun merkez çizgisini uçtan 1,5 milimetre uzakta gösterdi. Her implant numunesi bir akrilik tutucu gerektirir, akrilik tutucunun merkez çizgisine az miktarda Sano akrilik jel bazlı yapıştırıcı yerleştirin ve implant numunesinin 1,5 milimetre uzunluğundaki bir uzunluğunu, işaretli merkez çizgisiyle örtüşen tutucuya dikkatlice yapıştırın. Yapışkan jelin, akrilik tutucuya yapıştırılan polivinil asetat bazlı nano kompozitin yalnızca 1,5 milimetre uzunluğu boyunca kaldığından emin olun.

Mikro çekme test cihazına kuru bir kurulum numunesi yükleyerek başlayın. Önce hareketli tutamaklar arasında, ardından sabit tutamaklar arasında, su dolu bir hazneye sahip bir hava fırçasını, nozul mikro çekme numunesine doğru yönlendirilecek şekilde sabit bir konuma monte edin. Airbrush'ı, airbrush nozulu tamamen kapalıyken plastik boru aracılığıyla bir hava kompresörüne bağlayın.

Hava kompresörünü açın. Numuneye uygulanan çekme gerinim ve basınç gerinim arasında geçiş yaparak döngüsel mikro çekme testi prosedürüne başlayın. Test, gerilme gerinim grafiğinin doğrusal elastik bölgesinde kalmalıdır.

Bu durumda, uygulanan gerinim %2'den daha az ile sınırlıdırBu deneylerde, gerinim hızı kontrol edilirken, bu gerinim elde etmek için gereken kuvvet ölçülmüştür. İstenen nem koşullarını belirlemek için, airbrush nozulundan gelen akışı kademeli olarak artırın ve airbrush'tan gelen akış miktarının bir fonksiyonu olarak stres treni grafiğinin eğimini izleyin, 60 saniyelik bir süre boyunca young modülünde önemli bir azalmaya neden olmayan maksimum akış, ex vivo deneyler için kullanılacak seviyedir. Son olarak, numunenin yakınındaki sıcaklığı ölçün.

İdeal bir kurulum, dijital okumalı bir termokupl içerir ve hava fırçası çalışırken ölçümler yapılır. Radyant bir ısı kaynağının yoğunluğunu ve mesafesini, numune sıcaklığı fizyolojik koşullara uyacak şekilde 37 santigrat derecede tutulacak şekilde ayarlayın. Kontrol karşılaştırması, kurulum numunelerinin minimum Young modülüne kadar yumuşamasını sağlamak için en az 30 dakika boyunca fosfat tamponlu tuzlu su veya PBS'ye daldırılmasıyla başlar.

Bir numuneyi mikro çekme test cihazına hızlı bir şekilde yükleyin ve numune ortam koşullarında kururken airbrush kapalıyken döngüsel mikro çekme testine başlayın, bu verilerden bulunan Young'ın ModuLite'ı, numunenin kontrolsüz koşullar altında ne kadar hızlı kuruduğunu gösterecektir. Ardından, ikinci bir PBS doygunluğa sahip kurulum yükleyin. Mikro test cihazına numune alın ve burada airbrush ile döngüsel mikro çekme testine başlayın, hesaplanan Young'ın modu, numunenin kontrollü nem koşulları altında ne kadar hızlı kuruduğunu göstereceğim.

Bir kortikal doku örneğini sabitleyin. Bu gösteride, ekilen doku, deneyden önce ve deney boyunca 37 santigrat derecede tutulan bir yapay beyin omurilik sıvısı banyosunda hidratlı tutulur. Ardından, tutucusuna bir mikro manipülatör kelepçesine bir implant örneği takın.

Probu, kortikal dokuya dik olacak şekilde konumlandırın. Mikrom manipülatörünü kullanarak polimer örneğini kortekse indirin. El kontrolleri.

Hedef implant süresi bir ila 30 dakika arasında geçene kadar numuneyi kortikal dokuda bırakın. Prob kortekse implante edilirken bu süre zarfında doku kurumasına karşı önlem alın. Kuru çubuğu sabit kelepçeden üç milimetrelik sıfır yer değiştirme konumuna ayarlayarak mikro çekme test cihazını hazırlayın.

Ayrıca airbrush nozulu akış ayarını ve radyant ısı kaynağı güç ayarını daha önce belirlenen değerlere ayarlayın. Belirtilen implant süresinin sonunda, mikrom manipülatör el kumandalarını kullanarak probu korteksten hemen kaldırın ve numuneyi mikrom manipülatör kelepçesinden dikkatlice çıkarın ve iki dakika içinde teste başlamak için mikro çekme test cihazına götürün Açıklamadan hemen sonra, numuneyi iki mikro çekme test cihazı kelepçesi seti arasına yükleyin. Numune tutucu, bir kelepçenin üst yarısı olarak hizmet edecek şekilde tasarlandığından, implant numune düzeneğini mobil kavrama numunesi üzerine aşağı bakacak şekilde yerleştirin.

Numune, her bir kelepçenin ortasına monte edilmeli ve kelepçeler birbirine göre düz olmalıdır. Bu, gerilmenin yalnızca probun uzunluğu boyunca uygulanmasını sağlar. Şimdi numune konumunu, kelepçeler arasındaki mesafe üç milimetre olacak ve probun ucu sabit kelepçeye yerleştirilecek şekilde ayarlayın.

Kelepçeler arasındaki üç milimetre uzunluğu, daha sonraki hesaplamalarda kullanılacak olan numunenin ölçü uzunluğudur. Numuneyi her iki kelepçe arasına sabitledikten hemen sonra ve nöral dokudan açıklama yaptıktan iki dakika sonra, numuneyi sabit bir oranda uzatmak için motoru çekme yönünde etkinleştirin. Buradaki oran saniyede 10 mikrometredir.

Numunenin uzamasını ve numuneyi süzmek için gereken ilgili kuvveti aynı anda ölçün ve kaydedin. Numunenin mekanik arızası durumunda veya kuru çubuk aralığına ulaşıldığında mikro çekme testini durdurun. Toplanan verileri analiz için dışa aktarın.

Her numune ve/veya implantasyon koşulu için mikro çekme testini tekrarlayın. Yazılım kullanarak her numune için gerilime karşı gerinim eğrisini çizin. Ardından, grafiğin doğrusal elastik kısmını izole edin.

Parselin izole edilmiş kısmı en az 10 nokta içermeli ve arsanın eğimin en büyük olduğu bölümünden alınmalıdır. Şimdi bu kısma en uygun çizgiyi bulmak için yazılım tabanlı eğri uydurma araçlarını kullanın. En uygun çizginin eğimi, numunenin Young modülüne karşılık gelir.

Döngüsel modda test edilmiş kurulum örnekleri için, her döngü için Young modülünü belirleyin. Bu yapıldıktan sonra, zamana karşı her döngünün Young modülünü çizin. Bu grafik, çevreyi kontrol etmek için doğru airbrush ayarlarını belirlemek için döngüsel çekme testleri sırasında ölçüldüğü gibi, zamanın bir fonksiyonu olarak Young modülünü seçti.

Gölgeli bölge, kullanılan airbrush ayarlarında airbrush'ın açıldığı zamandır. Young modülü zamanla önemli ölçüde değişmez. Bu, airbrush'tan kurulum numunesi tarafından emilen su miktarının, sertlikte bir azalmaya katkıda bulunmak için yeterli olmadığını göstermektedir.

İşte hem nem kontrollü hem de kontrolsüz çekme testi ortamlarında suya doymuş numuneler için kekiğe karşı Young modülü. İlk Young modülünün geri kazanımı, kontrollü ortamda çok daha yavaştır. Bu, numunenin kuruması için gereken süredeki artışı gösterir Bu ortamda, bu ekstra süre, implante edilmiş numuneler üzerinde mekanik testler yapmak için kullanılabilir.

Bunlar, kuru bir numune ve 30 dakika boyunca bir sıçan korteksine implante edilmiş ıslak bir numune için stres treni eğrilerini gösteren temsili grafiklerdir. Doğrusal elastik bölgedeki gerilme dizisi grafiğinin eğimine karşılık gelen Young modülü, kuru numune için açıkça çok daha büyüktür. Her iki numune de içeri girmek için zorlandı.

Bu son grafik, kortekse yerleştirilen örnekler için Young modülüne karşı implant süresidir. İmplantasyondan yaklaşık beş dakika sonra, numune Young modülünde çok az değişiklik gösterir. Bu, numunenin bu süre içinde doygunluğa ve minimum sertliğe ulaştığını göstermektedir.

Bu prosedürü denerken, hem doku hem de ex vivo test ortamındaki fizyolojik koşulların korunabilmesini sağlamak için önceden plan yapmayı unutmamak önemlidir. Bu yöntem, biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler de dahil olmak üzere çevreye bağlı özelliklere sahip diğer malzemelerin mekanik davranışını değerlendirmek için kullanılabilir ve polimerik malzemelerin in vivo bozunma oranını veya mekanik stabilitesini değerlendirmek için gerçekleştirilebilir.