Name: Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 19 s
Description: Keşfedin beyin dokusunun viskoelastik mekanik özelliklerini atomik kuvvet mikroskobu, darbe girinti ve reometre kullanarak farklı ölçeklerde nasıl karakterize edildiğini. Bu yöntemler hastalıkların beyin mekaniğine etkisini anlamaya yardımcı olur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışmanın Ulusal Multipl Skleroz Derneği ve Simons Sosyal Beyin Merkezi tarafından desteklendiğini kabul ediyoruz. BQ, ABD Ulusal Savunma Bilimi ve Mühendisliği Yüksek Lisans Burs programından destek aldığını kabul eder.

<ol><li>van Dommelen, J. A. W., Hrapko, M., Peters, G. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+Properties+of+Brain+Tissue%3A+Characterisation+and+Constitutive+Modelling%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanosensitivity+of+the+Nervous+System%22%5BJournal%5D)">Mechanical Properties of Brain Tissue: Characterisation and Constitutive Modelling.</a> Mechanosensitivity of the Nervous System. , 249-281 (2009).</li>
<li>Liu, F., Tschumperlin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-mechanical+characterization+of+lung+tissue+using+atomic+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro-mechanical characterization of lung tissue using atomic force microscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (54), e2911(2011).</li>
<li>Peaucelle, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AFM-based+mapping+of+the+elastic+properties+of+cell+walls%3A+at+tissue%2C+cellular%2C+and+subcellular+resolutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">AFM-based mapping of the elastic properties of cell walls: at tissue, cellular, and subcellular resolutions.</a> Journal of Visualized Experiments. (89), e51317(2014).</li>
<li>Thomas, G., Burnham, N. A., Camesano, T. A., Wen, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+mechanical+properties+of+living+cells+using+atomic+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Measuring the mechanical properties of living cells using atomic force microscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (76), e50497(2013).</li>
<li>Moreno-Flores, S., Benitez, R., Vivanco, M. dM., Toca-Herrera, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+relaxation+and+creep+on+living+cells+with+the+atomic+force+microscope%3A+a+means+to+calculate+elastic+moduli+and+viscosities+of+cell+components%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Stress relaxation and creep on living cells with the atomic force microscope: a means to calculate elastic moduli and viscosities of cell components.</a> Nanotechnology. 21, 445101(2010).</li>
<li>Desprat, N., Richert, A., Simeon, J., Asnacios, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creep+function+of+a+single+living+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Creep function of a single living cell.</a> Biophysical Journal. 88 (3), 2224-2233 (2005).</li>
<li>Lu, H., Wang, B., Ma, J., Huang, G., Viswanathan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+creep+compliance+of+solid+polymers+by+nanoindentation%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanics+Time-Dependent+Materials%22%5BJournal%5D)">Measurement of creep compliance of solid polymers by nanoindentation.</a> Mechanics Time-Dependent Materials. 7 (3/4), 189-207 (2003).</li>
<li>Cheng, L., Xia, X., Scriven, L. E., Gerberich, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical-tip+indentation+of+viscoelastic+material%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanics+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Spherical-tip indentation of viscoelastic material.</a> Mechanics of Materials. 37, 213-226 (2005).</li>
<li>Kalcioglu, Z., Qu, M., Van Vliet, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+characterization+of+relaxation+times+of+tissue+surrogate+gels+and+soft+tissues%5BTitle%5D)+AND+%227th+Army+Science+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Multiscale characterization of relaxation times of tissue surrogate gels and soft tissues.</a> 7th Army Science Conference Proceedings. , (2010).</li>
<li>Moreno-Flores, S., Benitez, R., Vivanco, M. D., Toca-Herrera, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+relaxation+microscopy%3A+Imaging+local+stress+in+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Stress relaxation microscopy: Imaging local stress in cells.</a> Journal of Biomechanics. 43 (2), 349-354 (2010).</li>
<li>Kalcioglu, Z. I., Qu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+impact+indentation+of+hydrated+biological+tissues+and+tissue+surrogate+gels%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Magazine%22%5BJournal%5D)">Dynamic impact indentation of hydrated biological tissues and tissue surrogate gels.</a> Philosophical Magazine. 91 (7-9), 1339-1355 (2011).</li>
<li>Kalcioglu, Z. I., Ra Mrozek, R. a, Mahmoodian, R., VanLandingham, M. R., Lenhart, J. L., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+mechanical+behavior+of+synthetic+organogels+as+biofidelic+tissue+simulants%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Tunable mechanical behavior of synthetic organogels as biofidelic tissue simulants.</a> Journal of Biomechanics. 46 (9), 1583-1591 (2013).</li>
<li>Janmey, P. A., Georges, P. C., Hvidt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+rheology+for+biologists%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Basic rheology for biologists.</a> Methods in Cell Biology. 83, 3-27 (2007).</li>
<li>Miller, K., Kurtcuoglu, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMiller%2C+K+%22Biomechanics+of+the+Brain%22">Biomechanics of the Brain</a>. , Springer Science & Business Media. (2011).</li>
<li>Lévy, R., Maaloum, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+spring+constant+of+atomic+force+microscope+cantilevers%3A+thermal+fluctuations+and+other+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Measuring the spring constant of atomic force microscope cantilevers: thermal fluctuations and other methods.</a> Nanotechnology. 13 (1), 33-37 (2002).</li>
<li>Fuierer, R. Basic Operation Procedures for the Asylum Research MFP-3D Atomic Force Microscope. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFuierer%2C+R+%22MFP-3D+Procedureal+Operation+%22Manualette%22%22">MFP-3D Procedureal Operation "Manualette"</a>. , Asylum Research. (2006).</li>
<li>Elkin, B. S., Ilankovan, A., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-dependent+regional+mechanical+properties+of+the+rat+hippocampus+and+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Age-dependent regional mechanical properties of the rat hippocampus and cortex.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 132, 011010(2010).</li>
<li>Elkin, B. S., Azeloglu, E. U., Costa, K. D., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+heterogeneity+of+the+rat+hippocampus+measured+by+atomic+force+microscope+indentation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Mechanical heterogeneity of the rat hippocampus measured by atomic force microscope indentation.</a> Journal of Neurotrauma. 24 (5), 812-822 (2007).</li>
<li>Lee, E. H., Radok, J. R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Contact+Problem+for+Visooelastic+Bodies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Mechanics%22%5BJournal%5D)">The Contact Problem for Visooelastic Bodies.</a> Journal of Applied Mechanics. 27 (3), 438-444 (1960).</li>
<li>Lin, D. C., Dimitriadis, E. K., Horkay, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+strategies+for+automated+AFM+force+curve+analysis--I.+Non-adhesive+indentation+of+soft%2C+inhomogeneous+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Robust strategies for automated AFM force curve analysis--I. Non-adhesive indentation of soft, inhomogeneous materials.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 129 (3), 430-440 (2007).</li>
<li>Constantinides, G., Kalcioglu, Z. I., McFarland, M., Smith, J. F., Van Vliet, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+mechanical+properties+of+fully+hydrated+gels+and+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Probing mechanical properties of fully hydrated gels and biological tissues.</a> Journal of Biomechanics. 41 (15), 3285-3289 (2008).</li>
<li>Shen, F., Tay, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+Bilston+Nonlinear+Viscoelastic+Model+for+Finite+Element+Head+Injury+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering+--+Transactions+of+the+ASME%22%5BJournal%5D)">Modified Bilston Nonlinear Viscoelastic Model for Finite Element Head Injury Studies.</a> Journal of Biomechanical Engineering -- Transactions of the ASME. 128 (5), 797-801 (2006).</li>
<li>van Dommelen, J. aW., vander Sande, T. P. J., Hrapko, M., Peters, G. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+brain+tissue+by+indentation%3A+Interregional+variation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Mechanical+Behavior+of+Biomedical+Materials%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of brain tissue by indentation: Interregional variation.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 3 (2), 158-166 (2010).</li>
<li>Rother, J., Nöding, H., Mey, I., Janshoff, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscopy-based+microrheology+reveals+significant+differences+in+the+viscoelastic+response+between+malign+and+benign+cell+lines%5BTitle%5D)+AND+%22Open+biology%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscopy-based microrheology reveals significant differences in the viscoelastic response between malign and benign cell lines.</a> Open biology. 4 (5), 140046(2014).</li>
<li>Du, P., Lu, H., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+Young%27s+Relaxation+Modulus+of+PDMS+Using+Stress+Relaxation+Nanoindentation%5BTitle%5D)+AND+%22Symposium+DD+-+Microelectromechanical+Systems+-+Materials+and+Devices+III%22%5BJournal%5D)">Measuring the Young's Relaxation Modulus of PDMS Using Stress Relaxation Nanoindentation.</a> Symposium DD - Microelectromechanical Systems - Materials and Devices III. 1222 (c), (2009).</li>
<li>Elkin, B. S., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscoelastic+properties+of+the+P17+and+adult+rat+brain+from+indentation+in+the+coronal+plane%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Viscoelastic properties of the P17 and adult rat brain from indentation in the coronal plane.</a> Journal of Biomechanical Engineering. 135, 114507(2013).</li>
<li>Brands, D. W., Bovendeerd, P. H., Peters, G. W., Wismans, J. S., Paas, M. H., van Bree, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+dynamic+behavior+of+brain+tissue+and+two+model+materials%5BTitle%5D)+AND+%2243rd+Stapp+Car+Crash+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Comparison of the dynamic behavior of brain tissue and two model materials.</a> 43rd Stapp Car Crash Conference Proceedings. , 313-320 (1999).</li>
<li>Hrapko, M., van Dommelen, J. A. W., Peters, G. W. M., Wismans, J. S. H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+the+mechanical+behaviour+of+brain+tissue+in+compression+and+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">Characterisation of the mechanical behaviour of brain tissue in compression and shear.</a> Biorheology. 45 (6), 663-676 (2008).</li>
<li>Pogoda, K., Chin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compression+stiffening+of+brain+and+its+effect+on+mechanosensing+by+glioma+cells%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Compression stiffening of brain and its effect on mechanosensing by glioma cells.</a> New Journal of Physics. 16 (7), 075002(2014).</li>
<li>Peters, G. W. M., Meulman, J. H., Sauren, A. A. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+applicability+of+the+time%2Ftemperature+superposition+principle+to+brain+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">The applicability of the time/temperature superposition principle to brain tissue.</a> Biorheology. 34 (2), 127-138 (1997).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Bu çalışmada sunulan her teknik beyin dokusunun mekanik özellikleri farklı yönlerini ölçer. Bozulma uyumu ve stres gevşeme modülleri zamana bağlı mekanik özelliklerinin bir ölçüsüdür. Depolama ve kayıp modülleri oranı bağımlı mekanik özellikleri temsil eder. Darbe girinti ayrıca oran bağımlı mekanik özelliklerini ölçen, ancak enerji dağılımı bağlamında. Doku mekanik özelliklerini karakterize ederken, hem AFM etkin girinti ve reolojisi yaygın kullanılan yöntemlerdir. Daha önce tarif edildiği gibi zamana bağlı malzeme öze...

Biyolojik organları içeren en yumuşak dokular mineralize kemik ya da mühendislik malzemelerine göre, mekanik ve yapısal olarak karmaşık ve düşük sertliğe sahiptir ve doğrusal olmayan ve zamana bağlı deformasyon sergiler. Vücudun diğer dokulara kıyasla, beyin dokusu Pa 1 100&#39;ler mertebesinde elastik modülü E, son derece uyumludur. Beyin dokusu farklı ve birbirine kenetlenmiş gri ve aynı zamanda işlevsel farklılık beyaz cevher bölgeleri ile yapısal heterojenliği sergiler. Anlamak beyin doku mekaniği, yaralanma sırasında beynin yanıtı taklit mekanik hasar tahmini kolaylaştırmak ve koruyucu stratejilerin mühendislik sağlamak için malzemeler ve hesaplama modelleri tasarımında yardımcı olacaktır. Buna ek olarak, bu tür bilgiler doku rejenerasyonu için tasarım hedeflerini belirlemek için kullanılabilir ve daha iyi multipl skleroz ve otizm gibi hastalıklarla ilişkili beyin dokusunda yapısal değişiklikleri anlamak için. Here, biz tarif ve mezo, mikro de, beyin dokusu dahil mekanik uyumlu dokuların viskoelastik özelliklerini karakterize etmek için kullanılabilir birkaç deneysel yaklaşımlar göstermek ve makro-ölçekler. mikroölçeklerde, biz sürünme-uyum yürütülen ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) etkinleştirilmiş girinti kullanarak gevşeme deneyleri zorlamak. Tipik haliyle, AFM etkin girinti örnek 2-4 arasında bir esneklik modülüne (ya da ani sertlik) tahmin etmek için kullanılır. Ancak, aynı enstrüman, aynı zamanda mikro viskoelastik (zaman veya oran bağlı) özelliklerini 5-10 ölçmek için kullanılabilir. Şekil 1&#39;de gösterildiği bu deneylerden prensibi, zamanla, beyin dokusu içine probu dirsekli bir AFM girinti kuvvet veya girinti derinliği belirli bir büyüklüğü korumak ve sırasıyla girinti derinliği ve kuvvet, karşılık gelen değişiklikleri ölçmektir. Bu verileri kullanarak, biz sürünme kompozisyonu hesaplayabilirsinizsırasıyla liance J, C ve dinlenme modülü G R,. orta ölçekli, biz bir sarkaç tabanlı aletli nanoindenter kullanarak, doku yapısı ve hidrasyon düzeylerini korumak sıvı su altı koşullarında darbe girinti deneyler yapılmıştır. Deney düzeneği, Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. Sarkaç doku ile temas salıncaklar gibi, salınan sarkaç doku içinde hareketsiz hale gelene kadar yer değiştirme, zamanın bir fonksiyonu olarak kaydedilmektedir prob. Prob ortaya çıkan sönümlü harmonik salınım hareketi, biz dokusunun 11,12 (enerji dağılımı oranına ilgilidir), maksimum penetrasyon derinlik x max, enerji sönümleme kapasitesi K, ve dağıtma kalite faktörü Q hesaplayabilirsiniz. makroölçekte, biz, frekansa bağımlı kayma elastik modüle ölçmek için bir paralel plakalı reometre kullanıldı. dokusunun depolama modülü G &#39;ve zarar modülü G &quot;olarak adlandırılan rheometrisi Bu tip, bir harmonik açısal gerginlik uygulamak (ve kayma gerginlik karşılık gelir) bilinen genlik ve frekanslarda ve tepkisel tork ölçmek (ve kayma gerilmesi karşılık gelir) Şekil 3 &#39;de gösterildiği gibi. ölçülen tork elde edilen genlik ve faz gecikmesi ve sistemin geometrik değişkenlerden, çıkar 13,14 uygulamalı frekanslarda &quot;G&#39; ve G hesaplayabilir.

<table><tbody><tr><td>Xylazine</td><td>Lloyd Laboratoried</td><td></td><td>reçete ilacı</td></tr><tr><td>Ketamin</td><td>AnaSed Enjeksiyonları</td><td></td><td>reçete ilacı</td></tr><tr><td>Vibratom (Titreşimli bıçak mikrotomu)</td> <td>Leica</td><td>VT1200</td><td></td></tr><tr><td>Hazırda Bekletme-A Orta</td><td>Gibco</td><td>A1247501</td><td>CO2 yetişkin dokusu için bağımsız nöral ortam</td></tr><tr><td>Atomik Kuvvet Mikroskobu, MFP-3D-BIO</td><td>İltica</td> <td>Araştırması-Petri</td><td></td></tr> <tr><td>Bulaşık Isıtıcı</td><td>İltica</td> <td>Araştırması-AFM</td><td></td></tr> <tr><td>Probu, 0.03 N/m, 10&nbsp; &mikro; m yarıçaplı borosilikat küre</td><td>Novascan</td><td>PT. </td><td></td>GS</tr><tr><td>Cell-Tak</td><td>Corning</td><td>354240</td><td>midye türevi biyoyapıştırıcı</td></tr><tr><td>Sodyum Bikarbonat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>alternatif tedarikçiler kullanılabilir</td></tr><tr><td>Sodyum Hidroksit, 1 N</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>59223C</td><td>alternatif tedarikçiler kullanılabilir</td></tr><tr><td>Aletli Girinti, NanoTest Vantage Micro</td><td>Materials Ltd.</td><td>-</td><td>prob ucunun işlenmesi gerekiyor (çelik yassı zımba, 1&nbsp; mm çap, 4-5&nbsp; mm uzunluk)</td></tr> <tr><td>NanoTest Sıvı Hücre Mikro</td><td>Malzemeler Ltd.</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Paralel Plakalı Reometre MCR501</td><td>Anton-Parr-PP25</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Anton-Parr-25</td><td></td> <td>mm çapında düz ölçüm plakası</td></tr><tr><td>Yapışkanlı Zımpara Kağıdı</td><td>McMaster-Carr</td><td>4184A48</td><td>alternatif tedarikçiler kullanılabilir</td></tr><tr><td>Loctite 4013 Anında Yapıştırıcı</td><td>Henkel</td><td>20268</td><td>alternatif tedarikçiler kullanılabilir</td></tr></tbody></table>

atomik kuvvet mikroskobu, darbe girinti ve reometre kullanarak beyin doku Ölçekli mekanik Özellikleri karakterize

Characterizing Multiscale Mechanical Properties of Brain Tissue Using Atomic Force Microscopy, Impact Indentation, and Rheometry

mekanik simulants veya doku rejenerasyonu çalışmalarında olsun, beynin özelliklerine esinlenerek malzeme tasarımı ve mühendis için, beyin dokusu kendisi de çeşitli uzunluk ve zaman ölçeklerinde karakterize edilmelidir. Birçok biyolojik dokular gibi, beyin dokusu karmaşık, hiyerarşik bir yapı sergiler. Bununla birlikte, diğer dokuların tersine, beyin Pa 100&#39;ün mertebesinde Young elastik modülleri E, çok düşük mekanik sertlik taşımaktadır. Bu düşük sertlik önemli mekanik özellikler deneysel karakterizasyonu için zorluklar ortaya çıkabilir. Burada, farklı uzunluk ölçeklerinde ve yükleme hızlarında beyin dokusu gibi sulandırılmış, uyumlu biyolojik malzemelerin elastik ve viskoelastik özelliklerini ölçmek için adapte edilmiş birçok mekanik karakterizasyon teknikleri göstermektedir. mikroölçeklerde, biz Atomik kuvvet mikroskobu etkin girinti kullanarak sürünme uyum ve kuvvet gevşeme deneyleri yaparlar. mesos atcale, bir sarkaç tabanlı aletli dişinin kullanarak darbe girinti deneyleri. makroölçekte, biz frekans bağımlı kayma elastik modüle ölçmek için paralel plakalı reometre yapıyoruz. Biz de her yöntemi ile ilişkili zorlukları ve sınırlamaları tartışmak. Birlikte bu teknikler daha iyi beynin yapısını anlamak ve biyo-esinlenmiş malzemeleri mühendisi için kullanılabilir beyin dokusunun derinlemesine bir mekanik karakterizasyonu sağlar.

Şekil 4, sırasıyla uygulanan bir kuvvet veya girinti derinliği (Şekil 4A, D), verilen, sürünme uyumu için zaman yanıtları (Şekil 4B, E) vs temsili girinti ve kuvvetini göstermektedir ve dinlenme deneyleri zorlamak. Bu veri ve sistemin geometrisini kullanarak, sürünme uyum J c (t) ve gevşeme modülü G R (t) zorlamak beyin (Şekil 4C, F) farklı bölgeler için hesaplanabilir. Daha önceki...

Beynin viskoelastik mekanik özelliklerini mikro, mezo ve makro ölçeklerde karakterize etmek için bir dizi teknik sunuyoruz.

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

To design and engineer materials inspired by the properties of the brain, whether for mechanical simulants or for tissue regeneration studies, the brain ...

Bu mekanik karakterizasyon tekniklerinin genel amacı, biyolojik dokunun viskoelastik özelliklerini farklı uzunluk ölçeklerinde ve yükleme hızlarında ölçmektir. Bu yöntemler, biyolojik mühendislikteki temel soruları yanıtlamak için kullanılabilir. Örneğin, beynin çok yüksek yükleme hızları altında nasıl deforme olduğu veya multipl skleroz veya otizm gibi hastalıkların beyin dokusunun mekanik özelliklerini nasıl etkilediği incelenebilir.Bu tekniklerin temel avantajı, biyolojik doku gibi çok düşük sertliğe ve çok yüksek hidrasyona sahip materyaller için, geniş bir yükleme koşulları yelpazesinde test yapabilmeniz ve tek bir hücre seviyesinden tüm beyin seviyesine kadar geniş bir materyal hacmi aralığında test gerçekleştirebilmenizdir. Bu tekniklerin uygulama alanları, koruyucu stratejiler geliştirmek adına kritik olan, beynin yaralanma sırasındaki tepkisinin modellenmesine kadar uzanmaktadır. Bu yöntem, beynin mekanik özellikleri hakkında bilgi sağlayabildiği gibi, kalp ve karaciğer gibi diğer esnek biyolojik dokulara da uygulanabilir.Esnek dokuların mekanik karakterizasyonu sırasında, ölçüm probu ile doku arasında uygun bir temasın kurulması kritik önem taşır. Nominal yay sabiti 0,03 newtons per meter olan bir AFM probunu ve 20 micrometer çapında bir borosilikat boncuğu prob tutucuya dikkatlice yerleştirin. Petri kabına monte edilmiş bir beyin kesitini, 37 degrees celsius'ye önceden ısıtılmış AFM sahnesine monte bir ısıtıcı üzerine yerleştirin.Ardından yaklaşık iki mililitre önceden ısıtılmış ortam ekleyin. Sonra, beyin kesitini çevreleyen ortamın içine indirildiğinde yüzey gerilimi nedeniyle kırılmasını önlemek için AFM probunun üzerine bir damla ortam dikkatlice ekleyin. Ardından AFM başlığını sahne üzerine yeniden konumlandırın ve başlık ortamın içine gömülene kadar indirmeye başlayın.Optik mikroskobu kullanarak, ilgilenilen bölge kalibre edilmiş AFM probunun altına gelecek şekilde sahneyi hareket ettirin, ardından AFM probunu doku yüzeyiyle temas kuracak şekilde indirin. Sünme uyumluluğu deneylerini gerçekleştirmek için, yazılımın fonksiyon düzenleyicisinde bir uygulanan kuvvet fonksiyonu oluşturun. Fonksiyon, 5 nanonewton'luk bir set noktasına 0,1 saniyelik bir rampa, ardından 20 saniye boyunca bu noktada bekleme ve sonrasında sıfır nanonewton'a bir saniyelik bir iniş rampasından oluşmaktadır.Yazılım, uygulanan kuvvet fonksiyonu sırasında AFM probunun doku üzerindeki girintisine ilişkin verileri kaydedecektir. Sürünme uyumluluğu deneyi tamamlandıktan sonra, yazılımda bir uygulanan girinti fonksiyonu oluşturarak kuvvet gevşemesi deneylerini gerçekleştirin. Yazılım, AFM probunun dokuya girerken maruz kaldığı kuvvetle ilgili verileri toplarken bu fonksiyonu çalıştırın.Darbeli girinti testlerine başlamak için, cımbız yardımıyla küresel bir probu sarkaç üzerine kaydırarak yerleştirin. Ardından, eritilmiş kuvars numune direğini plakaya takın ve plakayı translasyonel sahneye vidalayın. Hidrate beyin dokuları üzerinde dinamik darbe deneylerini gerçekleştirebilmek için önce sıvı hücre kalibrasyonunu yapın.Yazılımdaki Kalibrasyon menüsüne gidin, Sıvı Hücre'yi seçin ve eriyik kuvars numuneyle temas kurmak için yazılım istemlerini takip edin. Ardından, İndenter Tipi için Normal'i seçin ve İndenter Yükü için varsayılan 0,05 millinewton değerini kullanın. Daha sonra, normal indenter yapılandırması için kalibrasyonu gerçekleştirmek üzere devam et'e tıklayın.Şimdi numune tablasını en az beş milimetre geriye çekin ve kaldıraç kolunu takın. İndenter tipi olarak Liquid Cell seçeneğini belirleyerek yeni konfigürasyonda sıvı hücre kalibrasyonunu tekrarlayın. Sıvı hücre kalibrasyon faktörünü elde etmek için Continue düğmesine tıklayın.Ardından, kapasitör plaka aralığını artırın. Kapasitör plaka aralığının artırılması, yüksek düzeyde uyumlu malzemelerin test edilmesi sırasında gerekli olan maksimum ölçülebilir derinliğin artmasını sağlayacaktır. Bir anahtar yardımıyla, kapasitör plaka aralığını kontrol eden üç somunu küçük artışlarla saat yönünde çevirin.Her tam saat yönündeki dönüşten sonra, Bakım menüsü altından Köprü Kutusu Ayarı'nı seçin ve başarılı bir sarkaç testi elde edin. Yaklaşık Derinlik Kalibrasyonu değeri 70,000 nanometer/volt veya daha yüksek bir değer okuyana kadar somunları yavaşça ayarlamaya devam edin.Ardından, sarkaç alt kısmına bir güç kaynağı aracılığıyla açılıp kapatılabilen yeni bir sınır durdurucusu yerleştirin. Sarkacın hareketini engelleyebilecek olası bir tıkanıklığı gidermek, daha yüksek çarpma hızlarına ve esnek numunelerde daha yüksek penetrasyon derinliklerine olanak sağlamak için sarkacın arkasındaki orijinal sınır durdurucusunu geri çekin. Solenoid için güç kaynağını açın ve 10 volt olarak ayarlayın.Ardından, Deney menüsüne gidin ve Darbe ve İmpuls Yer Değiştirme Ayarı'nı seçin. Sarkaç salınım mesafesini kalibre etmek için yazılım talimatlarını takip edin. Darbe girinti kurulumu tamamen tamamlandığında, medyumu aspire edin ve beyin kesitini kurutun.Ardından, dilimlenmiş beyni alüminyum numune direğine sabitlemek için ince bir kat siyanoakrilat yapıştırıcı kullanın. Sonra sıvı hücresini numune direğindeki ikinci O-ringin üzerinden kaydırarak geçirin ve dokuyu tamamen daldırmak için sıvı hücresini beş mililitre karbondioksitten bağımsız besiyeri ile doldurun. Banyonun üzerindeki manivela kolunun ucunun uygun konuma gelene kadar banyoyu negatif X yönünde hareket ettirin.Ardından, uç banyo içine tamamen daldırılana ve örneğin önüne gelene kadar pozitif Z yönünde ilerleyin. Örnek Sahnesi Kontrol (Sample Stage Control) penceresini kullanarak dikkatlice temas sağlayın ve ardından sahneyi örnek yüzeyinden yaklaşık 30 micrometers kadar geri çekin. Deney (Experiment) menüsü altında, Impact seçeneğine tıklayın ve bir darbe deneyi kurun.Sarkaç mesafe kalibrasyonuna dayanarak, sonuçlanan çarpma hızıyla doğrudan ilişkili olacak spesifik bir impuls yükü seçin. Ardından planlanan deneyi gerçekleştirin. Sarkaç geri sallandığında ve numune yüzeyi ölçüm düzlemine doğru hareket etmeye devam ettiğinde, alt sınır anahtarını kapatın.Yazılım tarafından, probun yer değiştirmesi zamanın bir fonksiyonu olarak kaydedilecektir. 25 milimetre çapındaki ölçüm probuna zımpara kağıdı tutturun. Ardından, termal sistemi bağlayın ve probu monte edin.Son olarak, üst plaka ile aynı hizada olacak şekilde alt plakaya başka bir zımpara parçası takın. Reometreyi üretici talimatlarına göre kalibre edin. İlk olarak, prob üzerindeki kuvveti sıfırlayın.İkinci olarak, prob ile alt plaka arasında temas kurun. Ardından probun ataletini ölçün. Son olarak, motor ayarını gerçekleştirin.Ardından ölçüm plakasını yavaşça indirin. Plaka dokuya bir milimetre mesafe kaldığında, plaka dokunun üst yüzeyiyle tamamen temas edene ve ölçülen normal kuvvet istenen değere ulaşana kadar 0,1 milimetrelik artışlarla indirmeye devam edin. İşlem sırasında hidrasyonu korumak için örneğin kenarlarına küçük bir hacimde besiyeri damlatın.Termal kapağı indirin. Ardından Dosya, Yeni'ye tıklayın ve Gel sekmesi altından Frequency Sweep seçeneğini seçin. Daha sonra window measurement one frequency sweep seçeneğine tıklayın ve osilasyon kutusuna çift tıklayın.Frekans aralığını, gerilimi ve nokta sayısını girin. Son olarak, Tamam'ı seçin ve frekans taramasını başlatmak için Başlat'a tıklayın. Burada, hem sürünme kompliyansı hem de kuvvet relaksasyonu deneyleri için temsili girinti ve zamana karşı kuvvet tepkileri verilmiştir.Bu veriler ve sistemin geometrisi kullanılarak, beynin farklı bölgeleri için sürünme uygunluğu ve kuvvet gevşeme modülleri hesaplanabilir. Darbe indentasyonu, dokunun mekanik özelliklerini, mekansal ve zamansal olarak yoğunlaşmış yüklemenin yüksek hızlarında ölçer. Ortaya çıkan darbe yanıt parametreleri, dokunun hıza bağlı özelliklerini inceleme imkanı sağlayan farklı darbe hızlarında nicelendirilebilir.Reoloji, dökme dokunun frekansa bağlı viskoelastik özelliklerini depolama ve kayıp modülleri cinsinden ölçer. Düşük frekanslarda depolama modülü, kayıp modülünden yaklaşık bir mertebe daha büyüktür; bu durum, elastik özelliklerin beyin dokusunun davranışına hakim olduğunu gösterir. Bu prosedürü uygularken, dokunun yeterince nemli tutulması veya dokunun uygun yapısını korumasına yardımcı olacak bir sıvı içinde bekletilmesi önemlidir.Bu kanıtlanmış tekniklerin geliştirilmesi, malzeme araştırmacılarının beynin mekanik yanıtını taklit edebilen sentetik jeller tasarlamalarının ve optimize etmelerinin önünü açmıştır. Bu videoyu izledikten sonra; atomik kuvvet mikroskobu destekli indentasyon, darbe indentasyonu ve reolojinin, dokunun viskoelastik mekanik özelliklerini karakterize etmek için nasıl kullanıldığına dair iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Toplanan verileri yorumlarken, dokunun deforme olmuş hacminin yapısal olarak homojen ve elastik olarak izotropik olduğu yönündeki temel varsayımı unutmayın.Bu durum tüm biyolojik dokular için mutlaka geçerli değildir. Biyolojik dokuların mekaniği hakkındaki sorularınız daha net tanımlandıkça, ilgili uzunluk ölçeğinde veya zaman ölçeğinde soruyu yanıtlamak için bu mekanik deneylerden birini veya daha fazlasını seçebilirsiniz.

characterizing-multiscale-mechanical-properties-brain-tissue-using

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Sinirbilim

Ekstraselüler matriksin sertliği kuvvetle yapışık hücrelerinin birden fazla davranışları etkiler. Matrix sertliği bir doku boyunca mekansal değişir ve çeşitli hastalık koşullarında değişiklik uğrar. Burada atomik kuvvet mikroskobu microindentation kullanarak fare akciğer dokusunun normal ve fibrotik sertliği mekansal farklılıklar karakterize etmek için yöntemler geliştirmek.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Akciğer Doku Mikro-Mekanik Karakterizasyonu

Kaynak: Canovic, E. P.,  et al. Atomik kuvvet mikroskobu, darbe girintisi ve reometri kullanarak beyin dokusunun çok ölçekli mekanik özelliklerinin karakterize edilmesi. J. Vis. Uzm. (2016)Bu video, küresel problu bir konsolun doku ile etkileşime girdiği ve uygulanan kuvvetler altında büküldüğü beyin dokusunun viskoelastik özelliklerini ölçmek için atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) kullanımını göstermektedir. Bir dedektör üzerine saptırılan bir lazer ışını, girinti derinliğini ve kuvvet...

Atomik Kuvvet Mikroskobu Kullanılarak Fare Beyin Dokusunun Mekanik Özelliklerinin Karakterizasyonu

Kaynak: Canovic, E. P., et. al., Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe Girintisi ve Reometri Kullanarak Beyin Dokusunun Çok Ölçekli Mekanik Özelliklerinin Karakterize Edilmesi. J. Vis. Uzm.  (2016) Video, prob yer değiştirmesi ve hız analizi yoluyla hidratlı bir fare beyin dokusunun sertlik, enerji dağılımı ve sönümleme dahil olmak üzere mekanik özelliklerini ölçmek için darbe girintisinin kullanılmasını göstermektedir.

Bir fare beyin dokusunun mekanik özelliklerini değerlendirmek için darbe girintisi

Kaynak: Canovic, E. P.,  et al. Atomik kuvvet mikroskobu, darbe girintisi ve reometri kullanarak beyin dokusunun çok ölçekli mekanik özelliklerinin karakterize edilmesi. J. Vis. Uzm. (2016)Bu videoda, kesme gerilimi oluşturmak ve dokunun viskoz ve elastik özelliklerini değerlendirmek için beyin dokusuna kontrollü salınım dönme hareketi uygulamak için bir reometre kullanıldı. Reometre, işlevsel bir araç olarak, yaralanma veya nörodejeneratif hastalıklar sırasında beyin mekaniği hakkında bilgi...

Fare Beyin Dokusunun Viskoelastik Özelliklerinin Reometri Kullanılarak Ölçülmesi

Bu kağıt bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak microindentation ile canlı hücrelerin mekanik özelliklerini karakterize etmek için bir protokol göstermektedir.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Yaşam Hücrelerinin Mekanik Özellikleri Ölçme

Bu deneysel protokol, atomik kuvvet mikroskobunun gerçek nanometre ölçeğinde sertliği ölçmek ve tek atomistik plastisite olaylarını tespit etmek için nasıl kullanılabileceğini açıklar.

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Burada, hücre ve dokularda nano ve mikro girinti aracı olarak işletilen atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sunuyoruz. Cihaz, numunenin 3D yüzey topografisini ve hücre duvarı Young 'ın modüllerinin yanı sıra Turgor basıncını da içeren mekanik özelliklerini eşzamanlı olarak satın almayı sağlar.

Santral hücreleri ve bitki dokularının mekanik özelliklerini ve Turgor basıncını ölçmek için Atomic Force Microkopi kullanımı

Protokol, hidrojeller ve hücreler de dahil olmak üzere yumuşak malzeme nanogirinti deneyleri için eksiksiz bir iş akışı sunar. İlk olarak, kuvvet spektroskopisi verilerini elde etmek için deneysel adımlar detaylandırılmıştır; Daha sonra, bu tür verilerin analizi, GitHub'dan ücretsiz olarak indirilebilen yeni geliştirilen açık kaynaklı bir Python yazılımı aracılığıyla detaylandırılır.

Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı

Normal ve hastalıklı karaciğerde kollajen bakımından zengin alanların elastik modüllerini atomik kuvvet mikroskobu kullanarak ölçmek için bir protokol sunuyoruz. Polarizasyon mikroskobunun eşzamanlı kullanımı, karaciğer bölümlerinde kollajen bakımından zengin alanların lokalizasyonu için yüksek mekansal hassasiyet sağlar.

Polarizasyon Mikroskobu ile Birleştirilmiş Atomik Kuvvet Mikroskobu Kullanılarak Karaciğer Sertliğinin Ölçülmesi

Bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) prob ucu tarafından bir numune yüzeyine uygulanan temas alanının ve kuvvetin ölçülmesi, nano ölçekli mekanik özellik belirlemeyi mümkün kılar. Elastik modülü veya diğer nanomekanik özellikleri ölçmek için yumuşak ve sert numunelerde havada veya sıvıda AFM konsol bazlı nanogirinti uygulamak için en iyi uygulamalar tartışılmaktadır.

Atomik Kuvvet Mikroskobu Konsol Tabanlı Nanogirinti: Hava ve Sıvıda Nanoölçekte Mekanik Özellik Ölçümleri

Bu protokol, murin akciğer dokusunun kriyoseksiyonlarının nasıl hazırlanacağını, atomik kuvvet mikroskobu kuvvet haritası deneylerinin nasıl gerçekleştirileceğini ve doğal murin pulmoner bazal membranının Young modülünü belirlemek için verilerin nasıl analiz edileceğini görselleştirir.

Atomik Kuvvet Mikroskobundan Türetilmiş Kuvvet Haritalarından Doğal Murin Pulmoner Bazal Membranlarının Young Modülünün Çıkarılması

Keşfedin beyin dokusunun viskoelastik mekanik özelliklerini atomik kuvvet mikroskobu, darbe girinti ve reometre kullanarak farklı ölçeklerde nasıl karakterize edildiğini. Bu yöntemler hastalıkların beyin mekaniğine etkisini anlamaya yardımcı olur.

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

Daha fazla video keşfet