Analisi meccanica dinamica ambientale per predire il comportamento di rammollimento di impianti neurali
Summary
Per consentire previsioni affidabili di rammollimento di substrati polimerici per impianti neurali in un ambiente in vivo , è importante avere un metodo affidabile in vitro . Qui, l’uso di analisi dinamico-meccanica in tampone fosfato salino a temperatura corporea è presentato.
Abstract
Quando si utilizza in modo dinamico rammollimento substrati per impianti neurali, è importante avere un metodo affidabile in vitro per caratterizzare il comportamento di rammollimento di questi materiali. In passato, non è possibile misurare in modo soddisfacente il rammollimento di film sottili sotto condizioni che imita ambiente corpo senza sforzo sostanziale. Questa pubblicazione presenta un metodo nuovo e semplice che permette analisi dinamico-meccanica (DMA) di polimeri in soluzioni, ad esempio tamponato fosfato salino (PBS), alle temperature pertinenti. L’uso di DMA ambientale permette la misura degli effetti rammollimento dei polimeri a causa di plastificazione in vari media e temperature, consentendo pertanto una previsione del comportamento di materiali in condizioni in vivo .
Introduction
Una nuova generazione di materiali utilizzati come substrati per impianti neurali comprende rammollimento forma memoria polimeri1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Questi materiali sono abbastanza rigidi durante l’impianto per superare le forze di deformazione critica, ma diventano fino a tre ordini di grandezza più morbidi dopo l’impianto in un ambiente di corpo. Si prevede che questi materiali mostrano una migliore interazione del dispositivo-tessuto a causa della mancata corrispondenza ridotta nel modulo rispetto ai materiali tradizionali utilizzati in impianti neurali, come il tungsteno o silicio. Dispositivi tradizionali, rigidi mostrano risposta infiammatoria dopo l’impianto, seguita da incapsulazione tissutale e astroglial cicatrici che spesso si traduce in dispositivo guasto10,11. È una supposizione comune che dispositivi meno rigide minimizzare il corpo estraneo risposta12,13,14. La rigidità di un dispositivo è dettata dalla sua sezione trasversale e modulo. Pertanto, è importante per ridurre entrambi i fattori per migliorare la conformità del dispositivo e, infine, l’interazione di tessuto del dispositivo.
Il lavoro sui polimeri di rammollimento è stato ispirato dal lavoro di Nguyen et al.15, che hanno dimostrato che gli impianti intracorticali meccanicamente compatibile con riducono la risposta neuroinfiammatorie. Hanno precedentemente usato meccanicamente-adaptive poly(vinyl acetate)/tunicato cellulosa nanocristallo (tCNC) nanocompositi (NC), che diventano conformi dopo l’impianto.
Il laboratorio di Voit, d’altra parte, usa il sistema altamente sintonizzabile di tiolo-ene e tiolo-ene/acrilato polimeri. Questi materiali sono vantaggiosi in quanto il grado di rammollimento dopo l’esposizione a condizioni in vivo può essere sintonizzato facilmente dal design polimero. Scegliendo la composizione polimerica giusto e la densità di reticolazione, la temperatura di transizione vetrosa e di elasticità del polimero può essere per volta2,4,5,6,8. L’effetto sottostante di rammollimento è la plastificazione del polimero in un ambiente acquoso. Per avere un polimero con una temperatura di transizione di vetro (Tg) superiore alla temperatura corporea una volta asciutto (lo stato durante l’impianto), ma sotto la temperatura corporea dopo essere stato immerso in acqua o PBS, il rigidità/modulo risultante del polimero può spostare da vetroso (rigido) quando asciutto per gommosa (morbido) quando impiantati16.
Tuttavia, misurazioni precise e affidabili di rammollimento a causa di plastificazione e lo spostamento del Tg da secco a umido gli Stati non sono in grado di essere misurato in passato. Analisi dinamico-meccanica tradizionale avviene in aria o gas inerti e non consente la misurazione delle proprietà termomeccaniche di polimeri all’interno di una soluzione. Negli studi precedenti, i polimeri sono stati immersi in PBS per vari periodi di tempo. Gonfiati campioni sono stati quindi utilizzati per eseguire analisi dinamico-meccanica (DMA)6,7,8. Tuttavia, poiché la procedura prevede una rampa di temperatura, campioni iniziano ad asciugare durante la misurazione e non danno dati rappresentativi. Questo è particolarmente vero se la dimensione del campione diventa più piccola. Al fine di prevedere l’ammorbidimento delle sonde neurale, sarebbe necessario testare 5 a 50 pellicole polimeriche µm-sottile, che non è possibile con tradizionale DMA dovuto la summenzionata essiccamento dei campioni durante la misurazione.
Hess et al.17 hanno progettato una fuoriserie microtensile macchina per valutare le proprietà meccaniche dei materiali meccanicamente adattivi utilizzando un metodo di ambiente controllato di prova. Essi sono utilizzati in precedenza un sistema aerografo per spruzzare acqua su campioni durante la misurazione per impedire loro di seccarsi.
L’uso di DMA ambientale (Figura 1), tuttavia, consente per la misurazione di film polimerici nelle soluzioni, quali acqua e PBS, a varie temperature. Questo consente non solo la misura delle proprietà di Termomeccanica del polimero nello stato bagnato/ammorbidito, ma anche misura della sua cinetica di rammollimento. Prove di trazione anche e gonfiore misure sono possibili all’interno della vasca di immersione di questa macchina. Questo permette studi esatti del rammollimento di plastificazione-indotta di substrati polimerici per predire i comportamenti in vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
L’uso di DMA ambientale permette lo studio del comportamento dei vari polimeri utilizzati come substrati per impianti neurali19 o altri dispositivi biomedicali in soluzione e di imitare in vivo le condizioni. Questo include, ma non è limitato a, polyimide, parylene-C, PDMS e SU-8. Idrogeli e matrice extracellulare (ECM) materiali possono essere studiate anche utilizzando questo metodo. Le differenze di rammollimento complessiva di polimero, come pure la sua cinetica di rammollimento poss…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vogliono ringraziare il Dr. Taylor Ware per averci permesso di utilizzare il suo DMA ambientale.
Questo lavoro è stato supportato dall’ufficio di assistente segretario della difesa per gli affari di salute attraverso il Peer Recensito il medico ricerca programma [W81XWH-15-1-0607]. Opinioni, interpretazioni, conclusioni e raccomandazioni sono quelle degli autori e non sono necessariamente condivise dal dipartimento della difesa.
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 |
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