Girinti ve Çekme Test Kullanarak İnsan Yumuşak Doku biyomekanik Karakterizasyonu

Bu tekniğin genel amacı, insan yumuşak dokularının mekanik özelliklerini karakterize etmek için girinti ve çekme testi kullanmaktır. Bu yöntem, arızalı veya yaralı bir insan organının yerine ne kadar sert bir implant yapmalıyım gibi doku mühendisliği alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniklerin temel avantajları, tahribatsız olmaları ve uygulanmasının basit olmasıdır.

Bu yöntem için fikir ilk olarak sentetik kulak ve burun implantları tasarlarken aklımıza geldi ve malzemeyi ne kadar sert yapmamız gerektiğini merak ettik. Genel olarak, bu yönteme yeni başlayan kişiler, yanlış numune hazırlama ve testleri doğru bir şekilde kurmadaki zorluklar nedeniyle mücadele edeceklerdir. Başlamak için, cerrahi prosedürler geçiren rıza gösteren hastalardan veya araştırma amacıyla rıza gösterilen kadavra cisimlerinden bir deri örneği veya başka bir doku alın.

Deri örneğini bir Petri kabına yerleştirin ve dokuyu nemli tutmak için PBS ile kaplayın. Yağ dokusunu ve ince derin dermis tabakasını numuneden manuel olarak incelemek için bir neşter bıçağı ve forseps kullanın. Elde edilen bölünmüş kalınlıktaki deri tabakasını birer birer beş santimetrelik şeritler halinde kesin.

Ardından, kullanılmış neşter bıçaklarını keskin bir çöp kutusuna atın. Son olarak, cildin kalınlığını ölçmek için kumpas kullanın. Kalınlığın mekanik testlerden sonra da ölçülmesi gerekecektir.

Oda sıcaklığında kalibre edilmiş bir malzeme test cihazı kullanarak cilt numunelerini tek eksenli gerilimde test edin. Langer çizgilerine göre, kollajen liflerinin doğal oryantasyonu aynı yönde olacak şekilde cilt örneklerini yönlendirerek başlayın. Daha sonra, numuneyi çenelere yükleyin, böylece uygulanan kuvvetin yönü ya Langer çizgileri ile aynı hizada ya da onlara dik olacaktır.

Tutamakları parmakla sıkarak numuneyi hareketsiz hale getirin, böylece numunenin yaklaşık 0.5 santimetresi her bir tutamağa yerleştirilir. Test cihazının tutamaklarından birinin uygun bir yük hücresine, diğerinin ise taşınmaz bir taban plakasına bağlı olduğundan emin olun. Sabitlendikten sonra, numunenin kurumasını önlemek için numune alanını her iki taraftaki vazelin ile kaplayın.

Şimdi, çekme yükleme ve gevşeme testi rejimini yazılıma programlayın, böylece numune saniyede bir milimetre hızla 29.42 Newton'luk bir gerilime yüklenecektir. Doku 29.42 Newton'luk bir gerilime ulaştığında, gerginlikteki değişimi izlemeye devam ederken dokunun gevşemesine izin vermek için programı yer değiştirmeyi bir buçuk saat sabit tutacak şekilde ayarlayın. Bittiğinde, numunenin kalınlığını ölçmek için tekrar kaliperler kullanın.

Rıza gösteren bir kişiden bir kıkırdak örneği aldıktan sonra, onu bir Petri kabına yerleştirin ve PBS ile kaplayın. Numuneden cildi ve fasyayı çıkarmak için bir neşter bıçağı ve forseps kullanın. Daha sonra kıkırdak örneklerini 1,5 santimetre kareler halinde kesin.

Kesildikten sonra, kaliperler kullanarak yüklenecek kıkırdağın kalınlığını ölçün. Nihai numune boyutu, girintinin çapından en az sekiz kat daha büyük olmalıdır. Kıkırdak örneğini girintinin altında geniş bir geçirimsiz taban üzerinde ortalayın ve yüzey girintiye dik olacak şekilde yönlendirin.

Bu, sıkıştırmanın tek eksenli olmasına izin verir ve herhangi bir şeffaflığı sınırlar. Ardından, kıkırdağı PBS'de örtün ve numuneyi test boyunca nemli tutun. Basınç yükleme ve gevşeme testi rejimini yazılıma programlayın, böylece numune saniyede bir milimetre hızla 2,94 Newton'luk bir sıkıştırma kuvvetine yüklenir.

2.94 Newton yüke ulaşıldıktan sonra, girintiyi aynı pozisyonda tutun ve kıkırdağın 15 dakika gevşemesine izin verin. Bitirdikten sonra numuneyi serbest bırakın ve numunenin kalınlığını tekrar ölçün. Çekme testinden sonra cilt dokusunun viskoelastisitesini değerlendirmek için, gerilme gerinim grafiğindeki tüm değerler, çizgi eğrisi uyumunun minimum R değeri 0.98 olana kadar Young modülü hesaplamasına dahil edilir.

Strese karşı zaman grafiği, cildin gevşeme özelliklerini değerlendirmek için kullanılır. Gevşeme oranı, toplanan verilerin son 200 saniyesinden hesaplanır, bu örnek için saniyede 3,1 çarpı on ila beş megapaskaldır. Burada gösterilen grafik, insan kıkırdağı üzerinde girinti testinin sonuçlarını gösteren gerilmeye karşı gerinim verilerine karşı örneklerdir.

Deri numunesi için Young modülü hesaplamasında olduğu gibi, eğrinin sonundaki değerler, minimum R değeri olan 0.98'e uydukları sürece kıkırdak için kullanılır. Kıkırdak, saniyede 8.78 kez on ila negatif altı megapaskal arasında bir gevşeme oranına ve 0.028 megapaskal mutlak bir son gevşeme seviyesine sahiptir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa yedi saat içinde yapılabilir.

Bu prosedürü denerken, tekrarlanabilir bir diseksiyon protokolüne ve numune boyutlarına sahip olmayı unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, dokuların fizyolojik, dinamik yükler altında nasıl davrandığı gibi ek soruları yanıtlamak için döngüsel yükleme gibi başka yöntemler oluşturulabilir. Bu teknik, biyomekanik alanındaki araştırmacıların, in vivo non-invaziv mekanik testler için bu tahribatsız tekniği kullanmayı keşfetmelerinin yolunu açmaktadır.

İnsan dokuları ile çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken her zaman eldiven gibi önlemler alınması gerektiğini unutmayın.