Ambiental análisis mecánico dinámico para predecir el comportamiento de ablandamiento de los implantes neurales
Summary
Para permitir predicciones confiables de ablandamiento de sustratos poliméricos para implantes neuronales en un entorno en vivo , es importante tener un método confiable en vitro . Aquí, se presenta el uso de análisis mecánico dinámico en tampón fosfato salino a temperatura corporal.
Abstract
Al utilizar substratos dinámicamente ablandamiento para implantes neuronales, es importante tener un método confiable en vitro para caracterizar el comportamiento de ablandamiento de estos materiales. En el pasado, no ha sido posible medir satisfactoriamente el ablandamiento de películas delgadas en condiciones mímico el ambiente del cuerpo sin esfuerzo sustancial. Esta publicación presenta un método nuevo y sencillo que permite análisis mecánico dinámico (DMA) de polímeros de soluciones, tales como tamponada fosfato salino (PBS), a temperaturas correspondientes. El uso de DMA ambiental permite la medición de los efectos suavizantes de polímeros debido a la plastificación en diversos medios y temperaturas, que por lo tanto permite una predicción del comportamiento de materiales bajo condiciones en vivo .
Introduction
Una nueva generación de materiales utilizados como sustratos para implantes neuronales compone de ablandamiento forma memoria polímeros1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Estos materiales son suficientemente rígidos durante la implantación para superar las fuerzas de pandeo crítico, pero llegan a ser hasta tres órdenes de magnitud más suave después de la implantación en un entorno de cuerpo. Se prevé que estos materiales presentan una mejor interacción de dispositivo-tejido debido a la menor coincidencia en módulo con respecto a los materiales tradicionales utilizados en implantes neuronales, como el tungsteno o silicio. Dispositivos tradicionales y rígidos muestran respuesta inflamatoria después de la implantación, seguida de tejido encapsulado y astroglial marcar con una cicatriz que a menudo resulta en dispositivo falla10,11. Es una asunción común que dispositivos menos rígidos minimizan la respuesta de cuerpo extraño12,13,14. Su área transversal y el módulo obedece a la rigidez de un dispositivo. Por lo tanto, es importante reducir ambos factores para mejorar el cumplimiento del dispositivo y, en definitiva, la interacción del tejido de dispositivo.
El trabajo de ablandamiento polímeros fue inspirado por el trabajo de Nguyen et al.15, quienes han demostrado que implantes intracortical mecánicamente compatible con reducen la respuesta de capensis. Se han utilizado previamente mecánicamente adaptable poly(vinyl acetate)/tunicado celulosa nanocrystal (tCNC) nanocompuestos (NC), que se convierten en obedientes después de la implantación.
El laboratorio de Voit, por el contrario, utiliza el sistema altamente armonioso de polímeros tiol-ene y tiol-ene/acrilato. Estos materiales son ventajosos en que el grado de ablandamiento después de la exposición a condiciones en vivo puede ajustarse fácilmente por el diseño del polímero. Al elegir la composición de polímero adecuado y la densidad de reticulación, la temperatura de transición vítrea y módulo de Young del polímero pueden ser modificadas2,4,5,6,8. El efecto subyacente del ablandamiento es la plastificación del polímero en un medio acuoso. Por tener un polímero con una temperatura de transición vítrea (Tg) por encima de la temperatura corporal cuando está seco (el estado durante la implantación), pero por debajo de la temperatura del cuerpo después de ser sumergido en agua o PBS, el rigidez/módulo resultante del polímero puede cambiar de vidrioso (rígida) cuando seca a goma (suave) cuando implantaron16.
Sin embargo, mediciones exactas y confiables del ablandamiento debido a la plastificación y la transferencia de Tg de seco a mojado a los Estados no han sido capaces de medirse en el pasado. Análisis mecánico dinámico tradicional se realiza en el aire o gases inertes y no permite para la medición de las propiedades termomecánicas de los polímeros dentro de una solución. En estudios previos, los polímeros se han sumergido en PBS para diferentes cantidades de tiempo. Muestras de inflamación fueron utilizadas para realizar análisis mecánico dinámico (DMA)6,7,8. Sin embargo, puesto que el procedimiento consiste en una rampa de temperatura, muestras comienzan a secarse durante la medición y no den datos representativos. Esto es especialmente cierto si el tamaño de muestra se hace más pequeño. Para predecir el ablandamiento de puntas de prueba de nervios, sería necesario probar películas de 5 a 50 μm-fina de polímero, que no es posible con DMA tradicional debido a la mencionada de secado de las muestras durante la medición.
Hess et al.17 han diseñado una medida microtensile máquina para evaluar las propiedades mecánicas de materiales mecánicamente adaptables utilizando un método de ambiente controlado de prueba. Previamente se ha utilizado un sistema de aerógrafo para rociar agua en las muestras durante la medición para evitar que se sequen.
El uso de DMA ambiental (figura 1), sin embargo, permite medición de películas de polímero soluciones, tales como agua y PBS, a varias temperaturas. Esto permite no sólo la medición de las propiedades termomecánicas del polímero en el estado empapado/suavizado sino también la medición de su cinética de ablandamiento. Hinchazón de mediciones y ensayos de tracción incluso es posibles dentro de la bañera de inmersión de esta máquina. Esto permite estudios exactos de ablandamiento inducido por la plastificación de sustratos de polímero para predecir comportamientos en vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
El uso de DMA ambiental permite el estudio del comportamiento de diversos polímeros usados como sustratos para implantes neuronales19 u otros dispositivos biomédicos en solución y de imitar en vivo . Esto incluye, pero no se limita a, polyimide, parileno C, PDMS y SU-8. Hidrogeles y materiales de la matriz extracelular (ECM) pueden también ser investigados usando este método. Las diferencias de ablandamiento general del polímero, así como su cinética de ablandamiento se pueden com…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores queremos agradecer Dr. Taylor Ware por permitirnos usar su medio ambiente DMA.
Este trabajo fue financiado por la oficina de la Secretaria de defensa asistente para asuntos de salud a través del Peer revisada médica programa de investigación [W81XWH-15-1-0607]. Opiniones, interpretaciones, conclusiones y recomendaciones son las de los autores y no necesariamente respaldado por el Departamento de defensa.
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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