Sinirsel implantları yumuşatma davranışını tahmin etmek için çevre dinamik mekanik analiz
1 Mart 2019
Vivo ortamda sinirsel implantları için polimer yüzeylerde yumuşatma güvenilir tahminler izin vermek için güvenilir vitro yöntemi olması önemlidir. Burada, fosfat tamponlu tuz vücut sıcaklığında dinamik mekanik analiz kullanımı sunulur.
Bu yöntem, implante edilebilir cihazların malzeme özelliklerinin vücuda yerleştirildiğinde, özellikle de malzemelerin yumuşatılması ile nasıl değişebileceğinin izlenmesine yardımcı olur. Bu tekniğin en büyük avantajı, invivo koşulları taklit eden ve bu nedenle hayvan testi ihtiyacını en aza indiren basit bir in vitro yöntemi sunup. Bu yöntem özellikle implante edilebilir cihazlarda kullanılacak olan malzemenin termomekanik özelliklerini test etmek için ilginçtir ve biyoelektronik ile sınırlı değildir.
Numunenin yüklenmesi ve numunenin ıslak koşullarda ölçülmesi biraz zordur ve doğru şekilde yapılmazsa güvenilmez test sonuçlarına neden olabilir. Toplam 1 ağırlık yüzde photoinitiator ile alkene monomerler için tiyol niceliksel miktarlarda karıştırarak başlayın. Monomer çözeltisi temas olay ışık önlemek için alüminyum folyo 20 mililitrelik cam şişe kapağı ve şişe için yüzde 50 mol yüzde TATATO, 45 azı saati TMTMP ve beş azı dişi yüzde TMICN eklemek için bir bertaraf plastik pipet kullanın.
Daha sonra şişeye fotoinitiator DMPA'nın yüzde 1 ağırlığını ekleyin ve çözeltiyi ışığa maruz bırakmadan şişenin içeriğini karıştırmak için gezegen hızı karıştırmayı kullanın. İçeriği iyice karıştırıldığında, ortaya çıkan tiyol-ene prepolimer karışımını 50 mikrometre kalınlığındaki beş filmde cam mikroskop slaytlarına dönüştürün ve polimer filmleri hemen bir çapraz bağlantı odasında taşıyıcı alt tabakada aktarın. Sonra 365 nanometre ultraviyole ampuller altında 60 dakika boyunca filmleri foto-polimerize, daha fazla dönüşüm tamamlamak için 120 santigrat derece 24 saat boyunca bir vakum fırında post-kür izledi.
Polimerler tamamen iyileştiğinde, dinamik mekanik testler için filmleri 4,5 milimetre genişliğinde ve 50 milimetre uzunluğunda dikdörtgenler halinde kesmek için karbondioksit lazerkullanın. Dinamik mekanik analizörü kurmak için makineyi gerilim modunda daldırma fikstürü ile donatın. Sıvı nitrojeni makineye bağlayın ve fırında gaz kaynağı olarak havadaki sıvı nitrojeni etkinleştirin.
Klima, salınım sıcaklık rampası ve test adımlarının koşullandırma sonu da dahil olmak üzere makine yazılımı ile kuru ölçüm yöntemini yazın. Daha sonra klima, salınım süresi, salınım sıcaklık rampası ve test adımlarının koşullandırma sonu dahil olmak üzere makine yazılımı ile daldırma testi için yöntemi yazın. Analizör hazır olduğunda, hava testinde kuru için polimer numunesinin gerçek kalınlığını ölçmek için 001 milimetre hassasiyetle kaliperkullanın ve numune adını, açıklamasını ve numune geometrisini yazılıma girin.
Yükleme boşluğunu 15 milimetreye ayarlayın ve numuneyi yükleyin. Kelepçeleri sıkmadan önce numuneyi ortalayıp hizaladığından emin olun. Sonra fırını kapatın ve kuru ölçüme başlayın.
Ölçüm bittiğinde fırını açın ve polimer numunesini makineden çıkarın. Daldırma testi için polimer numunenin gerçek kalınlığını ölçmek için, önce numuneyi 001 milimetre hassasiyetle kaliperlerle ölçün ve numune adını, açıklamasını ve numune geometrisini yazılıma girin. Üst kavramada bir kelepçe ile sabit daldırma kabı ile kurulum hazırlayın ve yükleme boşluğu 15 milimetre ayarlayın.
Numuneyi yükleyin, numuneyi ortalayıp hizaladığından emin olun ve kelepçeleri sıkın. Daldırma banyosunu alt fikstüre yerleştirin ve banyoyu sıkıca sabitlayın. Sonra oda sıcaklığında PBS ile banyo doldurun.
Kapağı banyonun üzerine yerleştirin, fırını kapatın ve drenajın kapalı olduğunu onaylayarak daldırma ölçümüne hemen başlayın. Yumuşamanın tüm aralığının yakalanmasını sağlamak için kabın PBS ile doldurulmasından sonra mümkün olan en kısa sürede ölçüme başlamak önemlidir. Ölçüm bittiğinde, daldırma banyosundan PBS'yi çıkarmak için drenajı açın ve fırını açın.
Daha sonra kapağı kabıçıkarın, vidayı sökün ve daldırma kabını kaldırın ve polimer numuneyi makineden çıkarın. Protokolün sıcaklık-zaman ölçüm modunun kullanılması, farklı polimer formülasyonlarının yumuşama profillerinin karşılaştırılmasına olanak tanır. PBS'de kuru dinamik mekanik analiz ölçümleri ve daldırma ölçümlerinin birleştirilmesi, cam geçiş sıcaklığının bunalımı ve modül eğrilerinin genel olarak aşağı kayması ile gösterildiği gibi, farklı polimer formülasyonlarının suya bağlı plastikleştirilmesinin değerlendirilmesine olanak sağlar.
In vivo uygulamalar için polimerlerin yumuşatılması en etkili zaman kuru polimer vücut sıcaklığının üzerinde bir cam geçiş sıcaklığı var ama ıslak durumda altında çalışır. Böylece polimer modülü, fizyolojik koşullar altında daldırma üzerine camdan kauçuk modülüne düşer. Polimerin hem kuru hem de ıslak hallerinin cam geçiş sıcaklığı vücut ısısının çok üzerinde olduğunda, polimer fizyolojik koşullar altında yumuşamaz.
Bu yöntem, diğer ortamlarda biyomalzemelerin davranışını taklit etmek için PBS'yi diğer ilgili çözümlerle değiştirmenize olanak tanır.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, sinir implantlarında kullanılan polimerik substratların yumuşamasını tahmin etmek için güvenilir bir in vitro yöntemi sunmaktadır. Yöntem, vücut sıcaklığında fosfat tamponlu salin içinde dinamik mekanik analiz kullanarak, in vivo koşullarını taklit eder.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Sinirbilim
- Malzeme Bilimi
- Biyomedikal Mühendisliği
Arka Plan
- Nöral implantların malzeme özelliklerini anlamak, bunların etkinliği için kritik öneme sahiptir.
- Malzemelerin yumuşaması, implante edilebilir cihazların performansını etkileyebilir.
- In vitro yöntemler, hayvan deneylerine olan ihtiyacı azaltabilir.
- Bu çalışma, implante edilebilir cihazlarla ilgili termomekanik özelliklere odaklanmaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Kontrollü bir ortamda malzeme yumuşamasını değerlendirmek için bir yöntem geliştirmek.
- In vivo testlere güvenilir bir alternatif sağlamak.
- Implantasyon sonrası malzeme davranışı hakkındaki anlayışı geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Fosfat tamponlu salin içinde dinamik mekanik analiz.
- In vivo koşullarını simüle etmek için vücut sıcaklığında testler.
- Güvenilir sonuçlar elde etmek için örnek yükleme ve ölçümde dikkatli çalışma.
- Test için monomer çözeltilerinin hazırlanması.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, malzeme özelliklerindeki değişiklikleri etkili bir şekilde izler.
- In vitro içgörüler sağlayarak hayvan testlerine olan ihtiyacı en aza indirir.
- Örnek işleme konusundaki zorluklar belirlendi ve ele alındı.
- Teknik, biyoelektronik dışındaki implante edilebilir cihazların bir yelpazesine uygulanabilir.
Sonuçlar
- Geliştirilmiş yöntem, sinir implantlarındaki malzeme davranışı tahmininde değerli bir araçtır.
- Daha güvenli ve etkili implante edilebilir cihazların geliştirilmesini destekler.
- Gelecek çalışmalar, bu yöntemi kullanarak diğer malzemeleri araştırabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Reliable prediction of polymer softening under physiological conditions is critical for de-risking neural implant development and ensuring device longevity. Environmental dynamic mechanical analysis (DMA) enables in vitro assessment of material transitions, reducing reliance on animal models and supporting early-stage material selection. This capability strengthens portfolio decision-making by providing actionable data on implantable device performance in body-like environments.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of polymer softening relevant to neural implant function.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying material transitions under physiological conditions.
- Facilitates predictive confidence in material selection for device development pipelines.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible in vitro testing of thermomechanical properties in relevant media.
- Generates quantitative modulus and glass transition data for comparative screening of polymer formulations.
- Enables scalable assessment of candidate materials for downstream device integration.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro material behavior with anticipated in vivo performance, supporting translational continuity.
- Reduces late-stage biological risk by predicting softening profiles before preclinical implantation.
- Supports risk-adjusted advancement of implantable device candidates.
Pipeline & Workflow Integration
This environmental DMA method fits at the interface of material discovery and preclinical device evaluation, informing lead identification and de-risking prior to in vivo studies.
- Discovery Biology: Clarifies polymer response to physiological media, supporting hypothesis-driven material selection.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for cross-comparison of candidate polymers.
- Analytics: Provides modulus and glass transition temperature data to benchmark material performance.
- Translational Research: Bridges in vitro findings with expected in vivo outcomes for neural implants.
- Enterprise Reuse: Offers a broadly applicable platform for evaluating diverse implantable device materials.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in material selection.
- Operational Value: Standardizes softening assessment, improving reproducibility and scalability across programs.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neural implant candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in dynamic mechanical analysis and polymer characterization.
- Needs access to DMA instrumentation with immersion and temperature control capabilities.
- Demands rigorous sample handling and cross-team standardization for reliable results.
- Adaptable to various polymer systems and physiological media as supported by device requirements.
- Careful protocol execution is essential to avoid unreliable measurements, especially under wet conditions.
