Sinirsel implantları yumuşatma davranışını tahmin etmek için çevre dinamik mekanik analiz
Summary
Vivo ortamda sinirsel implantları için polimer yüzeylerde yumuşatma güvenilir tahminler izin vermek için güvenilir vitro yöntemi olması önemlidir. Burada, fosfat tamponlu tuz vücut sıcaklığında dinamik mekanik analiz kullanımı sunulur.
Abstract
Dinamik olarak yumuşatma yüzeylerde sinirsel implantları kullanırken, bu malzemelerin yumuşatma davranışını tanımlamak için güvenilir vitro yöntemi olması önemlidir. Geçmişte, tatmin edici önemli çaba olmadan vücut ortamı taklit eden koşullar altında ince filmlerin yumuşatma ölçmek mümkün olmamıştır. Bu yayın ilgili sıcaklıklarda fosfat tamponlu tuz (PBS), gibi çözümlerinde polimerlerin dinamik mekanik analiz (DMA) sağlar yeni ve basit bir yöntem sunar. Çevre DMA kullanımı nedeniyle bu nedenle in vivo koşullarda malzemeleri davranışının bir tahmin sağlar plasticization çeşitli medya ve sıcaklıklar, polimerlerin yumuşatma efektleri ölçümü sağlar.
Introduction
Sinirsel implantları yüzeyler kullanılan malzemelerin yeni nesil yumuşatma şekil bellek polimerler1,2,3,4,5,6,7 oluşur ,8,9. Bu malzemelerin implantasyonu-kritik burkulma Kuvvetleri üstesinden gelmek için yeterince sert olmakla birlikte, en çok üç büyüklük daha yumuşak bir vücut ortamda implantasyonu sonrası olurlar. Bu malzemelerin modülü tungsten veya silikon gibi sinirsel implantları kullanılan geleneksel malzemelerin kıyasla daha iyi bir cihaz-doku etkileşimi azaltılmış uyumsuzluğu nedeniyle göstermek tahmin edilmektedir. Geleneksel, sert aygıtları doku saklama ve hangi genellikle aygıt hatası10,11‘ sonuçları yara izi astroglial ardından implantasyonu sonrası inflamatuar yanıt göster. Daha az sert aygıtları yabancı cisim yanıt12,13,14en aza indirmek genel bir kabuldür. Bir aygıt sertliği kesit alanı ve modülü tarafından dikte edilir. Bu nedenle, aygıt uyumluluğu ve sonuçta, aygıt doku etkileşimi geliştirmek için her iki faktörleri azaltmak önemlidir.
Polimerler yumuşatma üzerinde iş kim mekanik olarak uyumlu intracortical implantlar neuroinflammatory yanıt azaltmak gösterdi Nguyen vd15, iş tarafından ilham kaynağı oldu. Onlar daha önce sonra implantasyon uyumlu hale mekanik olarak edinilmiş poly(vinyl acetate)/tulumlular selüloz nanocrystal (tCNC) nanokompozitlerin (NC), kullandık.
Voit lab, öte yandan, thiol-Doğu ve thiol-KD/akrilat polimerler son derece ayarlanabilir sistemini kullanır. Bu malzemelerin avantajlı vivo içinde koşullarına maruz kaldıktan sonra yumuşama derecesi polimer tasarım tarafından kolayca ayarlanabilir vardır. Doğru polimer kompozisyon ve crosslink yoğunluğu seçerek, cam geçiş sıcaklığı ve Young katsayısı polimer olabilir2,4,5,6,8değişiklik. Yumuşatma, temel bir sulu ortamda polimer plasticization etkisidir. Tarafından ne zaman kuru (durum implantasyon sırasında) bir polimer yukarıda Vücut sıcaklığı bir cam geçiş sıcaklık (Tg) sahip, ancak varlık sonra vücut sıcaklığının altında su veya PBS, elde edilen sertlik/modül polimer dalmış cam gibi (sert) ne zaman kuru16lastik (yumuşak) zaman implante için geçiş yapabilirsiniz.
Ancak, plasticization ve Tg vardiya Birleşik ıslak kuru nedeniyle yumuşatma, tam ve güvenilir ölçümler geçmişte ölçülecek mümkün olmamıştır. Geleneksel dinamik mekanik analiz hava veya inert gazlar içinde gerçekleştirilir ve bir çözüm içinde polimerlerin termomekanik özelliklerinin ölçmek için izin vermez. Önceki çalışmalarda, PBS içinde çeşitli tutarlarının polimerler dalmış. Şişmiş örnekleri sonra dinamik mekanik analiz (DMA)6,7,8gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Ancak, yordamı bir sıcaklık rampa gerektirdiğinden, örnekleri ölçüm sırasında kurumaya başlar ve temsilcisi verileri verir. Örnek boyutu küçülür, bu özellikle doğrudur. Sinirsel probları yumuşatma tahmin etmek için o hangi yukarıda belirtilen örnekleri ölçüm sırasında kurutma nedeniyle geleneksel DMA ile mümkün değil 5-50 µm ince polimer Filmler, test etmek gerekli olacaktır.
Hess vd.17 makine çevre kontrollü bir yöntem kullanarak mekanik olarak edinilmiş malzemelerin mekanik özellikleri değerlendirmek için sınama özel olarak oluşturulmuş bir microtensile tasarlanmış. Onlar daha önce kurumasını engellemek için ölçüm sırasında örnekleri üzerinde su sprey airbrush sistemi kullandık.
Çevre DMA (şekil 1), kullanımı ancak, çözümleri, su ve çeşitli sıcaklıklarda PBS gibi filmlerde polimer ölçümü için sağlar. Bu sadece da yumuşatma onun Kinetik ölçümü ölçüm polimer’ın termomekanik özellikleri batırılmış/yumuşadı devlet sağlar. Hatta çekme testleri ve şişme ölçümleri bu makine daldırma banyo içinde mümkündür. Bu plasticization kaynaklı polimer yüzeylerde yumuşatma tam çalışmaları için in vivo davranışları tahmin etmek sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çevre DMA yüzeyler sinirsel implantları19 veya diğer Biyomedikal cihazlar çözümünde kullanılan çeşitli polimerler davranışını çalışma sağlar ve in vivo taklit etmek için koşullar. Bu içerir ancak polimid, parilen-C, PDMS ve SU-8 için sınırlı değildir. Hydrogels ve hücre dışı Matriks (ECM) malzemeler de bu yöntemi kullanarak araştırılması. Genel polimer yanı sıra onun yumuşatma Kinetik yumuşatma farklılıklar kolayca su, ağır su ve PBS de dahil ol…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar doktor Taylor Ware onun çevre DMA kullanmak için bize izin verdiği için teşekkür etmek istiyorum.
Bu eser, Yardımcısı Savunma Bakanı Peer gözden tıbbi araştırma programı aracılığıyla [W81XWH-15-1-0607] sağlık işleri için Office tarafından desteklenmiştir. Görüşleri, Yorumlar, sonuç ve öneriler yazarlar vardır ve ille Savunma Bakanlığı tarafından onaylanan.
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).
