Ökologische dynamische mechanische Analyse um die Erweichung Verhalten der neuronale Implantate
Summary
Um zuverlässige Prognosen für die Enthärtung von Polymeren Substraten für neuronale Implantate in einem Umfeld, in Vivo zu ermöglichen, ist es wichtig, eine zuverlässige in-vitro- Methode. Hier ist die Verwendung von dynamisch mechanische Analyse in Phosphat gepufferte Kochsalzlösung bei Körpertemperatur präsentiert.
Abstract
Wenn Sie dynamisch Erweichung Substrate für neuronale Implantate zu verwenden, ist es wichtig, eine zuverlässige in-vitro- Methode, um die Erweichung Verhalten dieser Materialien charakterisieren. In der Vergangenheit war es nicht zufriedenstellend messen die Erweichung von Dünnfilmen unter Bedingungen imitiert Körper Umgebung ohne erheblichen Aufwand möglich. Die Publikation präsentiert eine neue und einfache Methode, die dynamische mechanische Analyse (DMA) von Polymeren in Lösungen, wie Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS), ermöglicht, bei entsprechenden Temperaturen. Die Verwendung von ökologischen DMA ermöglicht Messung der Erweichung Auswirkungen von Polymeren durch Plastifizierung in unterschiedlichen Medien und Temperaturen, ermöglicht daher eine Vorhersage über das Verhalten von Materialien unter in-Vivo -Bedingungen.
Introduction
Eine neue Generation von Materialien als Substrate für neuronale Implantate umfasst Erweichung Form Speicher Polymere1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Diese Materialien sind steif genug während der Implantation, kritischen Knick Kräfte zu überwinden, aber sie werden bis zu drei Größenordnungen weicher nach der Implantation in einem Körper-Umfeld. Es wird prognostiziert, dass diese Materialien ein besseres Zusammenspiel der Gerät-Gewebe aufgrund der reduzierten Missverhältnis in Modul im Vergleich zu traditionellen Materialien in neuronale Implantate, wie Wolfram oder Silizium verwendet zeigen. Traditionelle, steife Geräte zeigen entzündliche Reaktion nach der Implantation, gefolgt von Gewebe Kapselung und Astroglial Narben, die oft in Gerät Fehler10,11Ergebnisse. Es ist eine allgemeine Annahme, dass weniger steif Geräte der Fremdkörper Antwort12,13,14minimieren. Die Steifigkeit eines Gerätes ist durch seine Querschnittsfläche und Elastizitätsmodul diktiert. Daher ist es wichtig, beide Faktoren zur Verbesserung der Gerät-Compliance und letztlich die Interaktion mit dem Gerät Gewebe zu reduzieren.
Die Arbeit an Polymeren erweichen wurde durch die Arbeit von Nguyen Et Al.15, inspiriert, hat gezeigt, dass mechanisch-konforme intracortical Implantate die schwere Reaktion reduzieren. Sie sind mechanisch adaptiven Poly(vinyl acetate)/Manteltier Zellulose Nanocrystal (tCNC) Nanokomposite (NC), früher gewordene konform nach der Implantation.
Die Voit-Lab nutzt auf der anderen Seite die hoch abstimmbaren Thiol-ene und Thiol-ene/Acrylat-Polymere. Diese Materialien sind von Vorteil, dass der Grad der Erweichung nach Exposition in Vivo Bedingungen leicht durch das Polymer-Design optimiert werden kann. Durch die Wahl der richtigen Polymerzusammensetzung und Crosslink-Dichte, die Glasübergangstemperatur und des Elastizitätsmoduls des Polymers kann sein2,4,5,6,8geändert. Die zugrunde liegenden die Erweichung bewirkt die Plastifizierung des Polymers in einer wässrigen Umgebung. Dass ein Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) über Körpertemperatur (der Staat während der Implantation) trocken, aber unter Körpertemperatur nach Wesen eintauchen in Wasser oder PBS, die daraus resultierende Steifigkeit/e-Modul des Polymers kann verschieben aus glasigen (steif) nach dem Trocknen gummiartig (weich) bei16implantiert.
Genaue und zuverlässige Messungen der Erweichung durch Plastifizierung und die Verlagerung der Tg von trocken zu nass Staaten wurden jedoch nicht in der Lage, in der Vergangenheit gemessen werden. Herkömmliche dynamische mechanische Analyse erfolgt in Luft oder inerten Gasen und lässt sich nicht für die Messung der thermomechanischen Eigenschaften von Polymeren in Lösung. In den vorhergehenden Studien haben die Polymere mit PBS-Puffer für verschiedene Mengen an Zeit eingetaucht. Geschwollene Proben wurden dann verwendet, um dynamische mechanische Analyse (DMA)6,7,8durchzuführen. Jedoch da das Verfahren eine Temperaturrampe beinhaltet, Proben beginnen, während der Messung zu trocknen und nicht repräsentativen Ertragsdaten. Dies gilt insbesondere, wenn der Stichprobenumfang kleiner wird. Um vorherzusagen, die Erweichung des neuronalen Sonden, wäre es notwendig, 5 bis 50 µm dünnen Polymerfolien, zu testen was nicht mit traditionellen DMA aufgrund der oben genannten Trocknung der Proben während der Messung möglich ist.
Hess Et Al.17 wurden entwickelt, ein Custom-Built Microtensile Prüfmaschine für die mechanischen Eigenschaften der mechanisch adaptiven Materialien mit einem ökologisch kontrollierten Verfahren zu bewerten. Sie haben zuvor ein Airbrush-System verwenden, um Spritzwasser auf Proben während der Messung, damit sie nicht austrocknen.
Jedoch erlaubt die Verwendung von ökologischen DMA (Abbildung 1), zur Messung von Polymerfolien in Lösungen, wie zum Beispiel Wasser und PBS, bei verschiedenen Temperaturen. Dies ermöglicht nicht nur die Messung der thermomechanischen Eigenschaften des Polymers im getränkt/erweicht Zustand, sondern auch die Messung der seine Erweichung Kinetik. Auch Zugversuche und Schwellung Messungen sind im Tauchbad dieser Maschine möglich. Dies ermöglicht genaue Studien über die Plastifizierung-induzierte Erweichung von Polymeren Substraten in Vivo Verhalten vorherzusagen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Verwendung von ökologischen DMA ermöglicht die Untersuchung des Verhaltens von verschiedenen Polymeren verwendet als Substrate für neuronale Implantate19 oder andere biomedizinische Geräte in Lösung und die Bedingungen, in Vivo zu imitieren. Dies beinhaltet, aber beschränkt sich nicht auf Polyimid, Parylene-C, PDMS und SU-8. Hydrogele und extrazelluläre Matrix (ECM) Materialien können auch mit dieser Methode untersucht werden. Die Unterschiede der allgemeine Aufweichung des Po…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten Dr. Taylor Ware dafür danken, dass wir seine Umwelt DMA verwenden.
Diese Arbeit wurde durch das Büro des Assistant Secretary Of Defense for Health Affairs durch das Peer überprüft medizinische Forschungsprogramm [W81XWH-15-1-0607] unterstützt. Meinungen, Interpretationen, Schlussfolgerungen und Empfehlungen sind diejenigen der Autoren und nicht unbedingt durch das Department of Defense gebilligt.
Materials
| 1,3,5-Triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO) | Sigma-Aldrich | 114235-100G | |
| 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) | Sigma-Aldrich | 196118-50G | |
| CO2 laser Gravograph LS100 | Gravotech, Inc. | ||
| Corning Large Glass Microscope Slides, 75 x 50mm | Ted Pella | 26005 | |
| Environmental DMA: RSA-G2 Solids Analyzer | TA Instruments | ||
| ESD Safe Plastic Tweezer, Tips; Flat, Duckbill, 11.5 cm | Cole Palmer | EW-07387-17 | |
| Laurell WS-650-8B spin coater | Laurell Technologies Corporation | ||
| liquid nitrogen | Air gas | ||
| PBS, 1X Solution, Fisher BioReagents | Fisher Scientific | BP243820 | |
| SHEL LAB vacuum oven | VWR International | 89409-484 | |
| Silicon wafer | University Wafer | Mechanical grade | |
| The RSA-G2 Immersion System | TA Instruments | ||
| Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP) | Sigma-Aldrich | 381489-100ML | |
| UVP CL-1000 crosslinking chamber with 365 nm bulbs | VWR International | 21474-598 |
Referências
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