Экологические динамический механический анализ предсказать размягчения поведение нейронные имплантаты
Summary
Чтобы разрешить надежные прогнозы размягчения полимерные субстраты для нейронные имплантанты в среде в естественных условиях , важно иметь надежного в vitro методом. Здесь представлен использование динамического механического анализа в фосфатный буфер при температуре тела.
Abstract
При использовании динамически размягчения субстратов для нейронные имплантанты, важно иметь надежного в vitro метод для характеристики размягчения поведение этих материалов. В прошлом не удалось удовлетворительным образом измерить размягчения тонких пленок в условиях, подражая тела среды без значительных усилий. Эта публикация представляет новый и простой метод, который позволяет динамический механический анализ (ДМА) полимеров в решениях, таких как-фосфатный буфер (PBS), при соответствующей температуре. Использование экологических DMA позволяет измерение смягчения последствий полимеров за счет пластификации в различных средствах массовой информации и температуры, что таким образом позволяет предсказания поведения материалов при условиях в естественных условиях .
Introduction
Новое поколение материалов, используемых в качестве подложки для нейронные имплантаты состоит из размягчения формы памяти полимеров1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Эти материалы являются достаточно жесткой во время имплантации для преодоления критических выпучивания силы, но они становятся до трех порядков мягче после имплантации в среде тела. Он предсказал, что эти материалы Показать лучшего взаимодействия устройств ткани из-за уменьшение несоответствия в модуль по сравнению с традиционные материалы, используемые в нейронные имплантанты, например Вольфрам или кремния. Традиционные, жесткой устройства показывают воспалительной реакции после имплантации, следуют инкапсуляции ткани и астроглиальных рубцов, что часто приводит к устройство отказа10,11. Это общие предположения, что менее жесткой устройств к минимуму инородного тела ответа12,,1314. Жесткость устройства диктуется ее площадь поперечного сечения и модуль. Таким образом важно уменьшить оба фактора для улучшения соблюдения устройства и, в конечном счете, взаимодействию ткани устройства.
Работа по смягчению полимеров был вдохновлен работой Нгуен et al.15, который продемонстрировал, что механически совместимые intracortical имплантаты уменьшить ответ neuroinflammatory. Ранее они использовали механически Адаптивная poly(vinyl acetate)/оболочники целлюлозы Нанокристаллические (tCNC) нанокомпозитов (НК), которые становятся совместимыми после имплантации.
Войт лаборатории, с другой стороны, использует систему высоко перестраиваемый тиоловых Эне и тиоловых СВ/акрилата полимеров. Эти материалы являются выгодные в том, что степень размягчения после воздействия в vivo условий могут быть настроены легко дизайн полимера. Выбирая правильный полимерной композиции и crosslink плотности, температуры стеклования и Юнга полимера может быть изменен2,–4,–5,–6,–8. Основной эффект размягчения является пластификации полимера в водной среде. В имеющие полимера с температуры стеклования (gT) выше температуры тела при сухой (состояние во время имплантации), но ниже температуры тела после того, как погружен в воду или PBS, полученный жесткость/модуль полимера можно перейти от стекловидный (жесткая) при сухой к резиновой (мягкая) когда имплантированные16.
Однако точные и надежные измерения размягчения за счет пластификации и shift Tg от сухой и мокрой государства не смогли быть измерена в прошлом. Традиционные динамический механический анализ выполняется в воздухе или инертных газов и не позволяют измерять термомеханические свойства полимеров внутри решения. В предыдущих исследованиях полимеры был погружен в PBS для различных количество времени. Опухание образцы были затем использованы для выполнения динамический механический анализ (ДМА)6,,78. Однако поскольку процедура включает температура пандуса, образцы начинают сухой во время измерения и не дают репрезентативных данных. Это особенно верно, если размер выборки становится меньше. Для того, чтобы предсказать, размягчения нейронных зондов, было бы необходимо проверить 5 до 50 мкм тонких полимерных пленок, что невозможно с традиционными DMA вследствие вышеуказанных сушка проб во время измерения.
Гесс et al.17 разработали заказ microtensile тестирование машины для оценки механических свойств механически адаптивной материалов, с использованием экологически управляемый метод. Ранее они использовали систему Аэрограф брызг воды на образцах во время измерения для предотвращения их от высыхания.
Однако, использование экологических DMA (рис. 1), позволяет для измерения полимерных пленок в решениях, таких как вода и PBS, при различных температурах. Это позволяет не только измерение термомеханические свойства полимеров в пропитанной размягченного состояния, но и измерение его размягчения кинетики. Внутри ванны погружения этой машины возможны отек измерений и испытаний даже на растяжение. Это позволяет для точного исследования пластификацию индуцированной размягчения полимера субстратов для прогнозирования поведения в естественных условиях .
Protocol
Representative Results
Discussion
Использование экологических DMA позволяет исследования поведения различных полимеров, используемых в качестве субстратов для нейронные имплантаты19 или другие Биомедицинские приборы в растворе и имитировать в vivo условий. Это включает, но не ограничиваясь, полиимидны?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Доктор Ware Тейлор за предоставленную нам возможность использовать его экологической DMA.
Эта работа была поддержана Управлением из помощника министра обороны по вопросам здравоохранения через Peer обзор медицинских исследований программы [W81XWH-15-1-0607]. Мнения, толкований, выводы и рекомендации принадлежат авторам и не обязательно одобрены министерством обороны.
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
- Garcia-Sandoval, A., et al. Chronic softening spinal cord stimulation arrays. Journal of Neural Engineering. 15 (4), 045002 (2018).
- Ecker, M., et al. Sterilization of Thiol-ene/Acrylate Based Shape Memory Polymers for Biomedical Applications. Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 1600331 (2017).
- Simon, D. M., et al. Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 105 (1), 159-168 (2017).
- Do, D. -. H., Ecker, M., Voit, W. E. Characterization of a Thiol-Ene/Acrylate-Based Polymer for Neuroprosthetic Implants. ACS Omega. 2 (8), 4604-4611 (2017).
- Ware, T., et al. Thiol-ene/acrylate substrates for softening intracortical electrodes. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 102 (1), 1-11 (2014).
- Ware, T., et al. Thiol-Click Chemistries for Responsive Neural Interfaces. Macromolecular Bioscience. 13 (12), 1640-1647 (2013).
- Ware, T., Simon, D., Rennaker, R. L., Voit, W. Smart Polymers for Neural Interfaces. Polymer Reviews. 53 (1), 108-129 (2013).
- Ware, T., et al. Fabrication of Responsive, Softening Neural Interfaces. Advanced Functional Materials. 22 (16), 3470-3479 (2012).
- Stiller, A. M., et al. Chronic Intracortical Recording and Electrochemical Stability of Thiol-ene/Acrylate Shape Memory Polymer Electrode Arrays. Micromachines. 9 (10), 500 (2018).
- Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays. Experimental Neurology. 195 (1), 115-126 (2005).
- Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. M. Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 1-18 (2005).
- Lacour, S. P., Courtine, G., Guck, J. Materials and technologies for soft implantable neuroprostheses. Nature Reviews Materials. 1 (10), 16063 (2016).
- Stiller, A., et al. A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes. Micromachines. 9 (9), 443 (2018).
- Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes. Journal of Neural Engineering. 15 (3), 031001 (2018).
- Nguyen, J. K., et al. Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).
- Ecker, M., et al. From Softening Polymers to Multi-Material Based Bioelectronic Devices. Multifunctional Materials. , (2018).
- Hess, A. E., Potter, K. A., Tyler, D. J., Zorman, C. A., Capadona, J. R. Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization. Journal of Visualized Experiments. (78), e50078 (2013).
- Black, B. J., et al. In vitro compatibility testing of thiol-ene/acrylate-based shape memory polymers for use in implantable neural interfaces. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 106 (11), 2891-2898 (2018).
- Hassler, C., Boretius, T., Stieglitz, T. Polymers for neural implants. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49 (1), 18-33 (2011).
