Test microtrazione Environmentally-controllato di meccanica-adattivi nanocompositi polimerici per<em> Ex vivo</em> Caratterizzazione
Summary
Un metodo è discusso con cui la<em> In vivo</em> Comportamento meccanico di materiali stimoli-responsive viene monitorata in funzione del tempo. I campioni sono testati<em> Ex vivo</em> Usando un tester microtensile con controlli ambientali per simulare l'ambiente fisiologico. Questo lavoro promuove ulteriormente la comprensione del<em> In vivo</em> Comportamento del nostro materiale.
Abstract
Microdevices impiantabili stanno guadagnando l'attenzione significativa per diverse applicazioni biomediche 1-4. Tali dispositivi sono stati fatti da una serie di materiali, ognuno con i suoi vantaggi e le carenze 5,6. Più prominente, a causa delle dimensioni del dispositivo microscala, un elevato modulo è necessario per facilitare l'impianto nel tessuto vivente. Viceversa, la rigidità del dispositivo dovrebbe corrispondere al tessuto circostante di minimizzare indotta deformazione locale 7-9. Pertanto, abbiamo recentemente sviluppato una nuova classe di materiali bio-ispirati per soddisfare queste esigenze, rispondendo agli stimoli ambientali con una modifica delle proprietà meccaniche 10-14. Specificamente, la nostra nanocomposito (acetato di vinile) basata poli (PVAc-NC) mostra una riduzione della rigidità quando esposti ad acqua e temperature elevate (ad esempio temperatura corporea). Sfortunatamente, esistono alcuni metodi per quantificare la rigidità dei materiali in vivo 15, e Mechtest meccanicaa esternamente all'ambiente fisiologico richiede spesso grandi campioni appropriati per l'impianto. Inoltre, i materiali stimoli-reattiva possono recuperare in fretta la loro rigidità iniziale dopo espianto. Pertanto, abbiamo sviluppato un metodo con cui le proprietà meccaniche del microcampioni impiantati possono essere misurati ex vivo, con condizioni fisiologiche simulate mantenuti utilizzando umidità e temperatura 13,16,17.
A tal fine, un tester microtensile personalizzato è stato progettato per accogliere campioni microscala con 13,17 ampiamente variabili di moduli di Young (gamma da 10 MPa a 5 GPa). Come nostri interessi sono nella domanda di PVAc-NC come substrato sonda neurale biologicamente adattabile, uno strumento capace di caratterizzazione meccanica dei campioni alla microscala era necessario. Questo strumento è stato adattato per fornire umidità e controllo della temperatura, che minimizzata campione di essiccazione e raffreddamento 17. Come risultato, il meccanicoaL caratteristiche del campione espiantato strettamente riflettono quelle del campione appena prima espianto.
L'obiettivo generale di questo metodo è quello di valutare quantitativamente le proprietà meccaniche in vivo, in particolare il modulo di Young, di materiali di stimolo-risposta, meccanicamente-adattativa a base polimerica. Questo si ottiene prima stabilito le condizioni ambientali che minimizzeranno un cambiamento nel campione proprietà meccaniche dopo espianto senza contribuire ad una riduzione della rigidezza indipendente da quella risultante da impianto. I campioni vengono poi preparati per l'impianto, la gestione e la prova (Figura 1A). Ogni campione viene impiantato nella corteccia cerebrale di ratto, che è rappresentato qui come un cervello di ratto espiantato, per una durata specificata (Figura 1B). A questo punto, il campione viene espiantato ed immediatamente caricato nel tester microtensile, e poi sottoposto a test di trazione (Figura1C). Di analisi dei dati permette di comprendere il comportamento meccanico di questi materiali innovativi nell'ambiente della corteccia cerebrale.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'avanzamento dei sistemi microelettromeccanici biomedici impiantabili (bioMEMS) per l'interazione con i sistemi biologici è motivante lo sviluppo di nuovi materiali con proprietà altamente personalizzate. Alcuni di questi materiali sono progettati per esporre un cambiamento delle proprietà del materiale in risposta ad uno stimolo trovato ambiente fisiologico. Una classe di recente sviluppo di materiali risponde alla presenza di idrogeno liquidi bond-formatura (per esempio acqua) e temperature elevat…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso la Case Western Reserve University di laboratorio sia attraverso fondi di start-up (J. Capadona), e la Medtronic Graduate Fellowship (K. Potter). Ulteriori finanziamenti in questa ricerca è stata sostenuta in parte dalla NSF concedere ECS-0621984 (C. Zorman), il Caso Alumni Association (C. Zorman), il Department of Veterans Affairs attraverso una recensione Merit Award (B7122R), così come l'Advanced Platform Technology Center (C3819C).
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Silicon wafer | University Wafer | Mechanical grade | |
| Extruded acrylic sheet | Professional Plastics | SACR 062EF | Thickness 0.062″ |
| Razor blade | McMaster-Carr | 3962A3 | |
| Tweezers | McMaster-Carr | 8384A47 | #5 tip |
| Super Glue Gel | Loctite | 130380 | |
| Air Brush | Snap-on Industrial | BF175TA | |
| Air Compressor | Paasche | B002YKN8YO | D500 |
| Thermocouple | Omega | HH12A | |
| Hot plate | Cimarec | SP131325Q | |
| CO2 direct-write laser | VersaLaser | 3.5 | |
| Dessicator | Fisher Scientific | 08-595 | |
| Lamp | custom-built | ||
| Microtensile tester | custom-built |
Riferimenti
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