Test de microtension environnement contrôlé de nanocomposites polymères mécaniquement adaptatifs pour<em> Ex vivo</em> Caractérisation
Summary
Une méthode est décrite par lequel l'<em> In vivo</em> Comportement mécanique des matériaux réagissant à des stimuli est contrôlé en fonction du temps. Les échantillons sont testés<em> Ex vivo</em> L'aide d'un testeur microtension avec contrôle de l'environnement afin de simuler l'environnement physiologique. Ce travail favorise davantage la compréhension de l'<em> In vivo</em> Comportement de notre matériel.
Abstract
Microdevices implantables gagnent beaucoup d'attention pour plusieurs applications biomédicales 1-4. De tels dispositifs ont été réalisés à partir d'une gamme de matériaux, chacune offrant ses propres avantages et inconvénients 5,6. Le plus en évidence, en raison des dimensions de l'appareil microscopique, un module élevé est nécessaire pour faciliter l'implantation dans les tissus vivants. En revanche, la rigidité de l'appareil doit correspondre au tissu environnant pour minimiser souche locale induite par 7-9. Par conséquent, nous avons récemment développé une nouvelle classe de matériaux bio-inspirés pour répondre à ces exigences en répondant à des stimuli de l'environnement avec une modification des propriétés mécaniques 10-14. Plus précisément, notre nanocomposite (acétate de vinyle) à base de poly (acétate de polyvinyle-NC) affiche une diminution de la rigidité lorsqu'il est exposé à l'eau et aux températures élevées (par exemple la température du corps). Malheureusement, peu de méthodes existent pour quantifier la rigidité des matériaux in vivo 15 et mechtest anical dehors de l'environnement physiologique nécessite souvent de grands échantillons inapproprié pour l'implantation. En outre, les matériaux stimuli-sensibles peuvent récupérer rapidement leur rigidité initiale après explantation. Par conséquent, nous avons développé une méthode par laquelle les propriétés mécaniques des micro-échantillons implantés peuvent être mesurés ex vivo, avec des conditions physiologiques simulées maintenu en utilisant l'humidité et de la température 13,16,17.
À cette fin, un testeur de microtension personnalisé a été conçu pour accueillir des échantillons micrométriques avec 13,17 largement varier modules de Young (gamme de 10 MPa à 5 GPa). Comme nos intérêts dans l'application de PVAc-NC en tant que substrat de sonde neurale biologiquement adaptable, un outil capable de caractérisation mécanique des échantillons à l'échelle microscopique était nécessaire. Cet outil est adapté pour fournir l'humidité et de la température, ce qui réduit au minimum l'échantillon de séchage et de refroidissement 17. En conséquence, le mécanicienal caractéristiques de l'échantillon explanté reflètent étroitement celles de l'échantillon juste avant explantation.
L'objectif global de cette méthode est d'évaluer quantitativement l'en propriétés mécaniques in vivo, en particulier le module d'Young, de matériaux, mécanique adaptatif à base de polymères stimuli-réponse. Ceci est accompli en établissant d'abord les conditions environnementales qui permettront de réduire un changement dans l'échantillon propriétés mécaniques après explantation sans contribuer à une réduction de la rigidité indépendant de celui résultant de l'implantation. Les échantillons sont ensuite préparés pour l'implantation, la manipulation et l'essai (figure 1A). Chaque échantillon est implanté dans le cortex cérébral de rats, qui est représenté ici comme un cerveau de rat explanté, pour une durée déterminée (figure 1B). À ce stade, l'échantillon est explanté et immédiatement chargé dans le testeur microtension, puis soumis à des essais de traction (Figure1C). Analyse ultérieure des données permet de mieux comprendre le comportement mécanique de ces matériaux innovants dans l'environnement du cortex cérébral.
Protocol
Representative Results
Discussion
La promotion de systèmes micro-électromécaniques biomédicaux implantables (bioMEMS) pour interagir avec les systèmes biologiques est motivant le développement de nouveaux matériaux aux propriétés hautement adaptées. Certains de ces matériaux sont conçus pour présenter un changement des propriétés des matériaux en réponse à un stimulus présent dans l'environnement physiologique. Une classe récemment mis au point des matériaux répondant à la présence d'hydrogène liquide formant une liaison…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le Département de génie biomédical à l'Université Case Western Reserve à travers les deux fonds de démarrage (J. Capadona) laboratoire, et le Medtronic Graduate Fellowship (K. Potter). Des fonds supplémentaires sur cette recherche a été financée en partie par la NSF subvention ECS-0621984 (C. Zorman), l'affaire Association des anciens (C. Zorman), le ministère des Anciens combattants à travers un Award d'examen du mérite (B7122R), ainsi que l'avancée Platform Technology Center (C3819C).
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Silicon wafer | University Wafer | Mechanical grade | |
| Extruded acrylic sheet | Professional Plastics | SACR 062EF | Thickness 0.062″ |
| Razor blade | McMaster-Carr | 3962A3 | |
| Tweezers | McMaster-Carr | 8384A47 | #5 tip |
| Super Glue Gel | Loctite | 130380 | |
| Air Brush | Snap-on Industrial | BF175TA | |
| Air Compressor | Paasche | B002YKN8YO | D500 |
| Thermocouple | Omega | HH12A | |
| Hot plate | Cimarec | SP131325Q | |
| CO2 direct-write laser | VersaLaser | 3.5 | |
| Dessicator | Fisher Scientific | 08-595 | |
| Lamp | custom-built | ||
| Microtensile tester | custom-built |
References
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