Analyse mécanique dynamique environnementale pour prédire le comportement de ramollissement des Implants neurones
Summary
Afin de permettre des prédictions fiables de l’adoucissement des substrats polymères pour implants neurones dans un environnement en vivo , il est important d’avoir une méthode fiable in vitro . Ici, l’utilisation de l’analyse mécanique dynamique dans une solution saline tamponnée au phosphate à la température corporelle est présentée.
Abstract
Lors de l’utilisation de substrats dynamiquement adoucissantes pour implants neurones, il est important d’avoir une méthode fiable in vitro pour caractériser le comportement ramollissement de ces matériaux. Dans le passé, il n’a pas été possible mesurer correctement l’adoucissement des couches minces sous conditions imitant environnement de corps sans efforts inconsidérés. Cette publication présente une méthode nouvelle et simple qui permet l’analyse mécanique dynamique (DMA) des polymères en solution, par exemple en solution saline tamponnée au phosphate (PBS), à températures pertinentes. L’utilisation de DMA environnement permet de mesurer des effets adoucissants des polymères en raison de la “plastification” dans différents médias et températures, ce qui permet donc une prédiction du comportement des matériaux dans des conditions in vivo .
Introduction
Une nouvelle génération de matériaux utilisés comme substrats pour les implants neurones compose de ramollissement forme mémoire polymères1,2,3,4,5,6,7 ,8,9. Ces matériaux est assez raides pendant l’implantation pour surmonter les forces critiques de flambement, mais ils deviennent jusqu’à trois ordres de grandeur plus douces après l’implantation dans un environnement de corps. On prévoit que ces matériaux présentent une meilleure interaction des tissus périphérique en raison de l’écart réduit dans le module par rapport aux matériaux traditionnels utilisés dans les implants neurones, tels que le tungstène ou de silicium. Dispositifs de traditionnelles et rigides voir la réponse inflammatoire après l’implantation, suivie d’encapsulation de tissu et astroglials des cicatrices qui se traduit souvent par dispositif échec10,11. Il s’agit d’une hypothèse commune que les appareils moins raides minimiser le corps étranger réponse12,13,14. La rigidité d’un dispositif dépend de sa section transversale et le module. Par conséquent, il est important de réduire ces deux facteurs afin d’améliorer la conformité de l’appareil et, en fin de compte, l’interaction entre les tissus périphériques.
Les travaux concernant l’adoucissement des polymères a été inspiré par le œuvre de Nguyen et al.15, qui a démontré que les implants intracorticales mécaniquement compatible réduisent la réponse de thérapeutiques. Ils ont déjà utilisé mécaniquement adaptative poly(vinyl acetate)/plissée cellulose nanocristalline (tCNC) nanocomposites (NC), qui s’y conformer après l’implantation.
Le laboratoire Voit, a en revanche, utilise le système hautement accordable de thiol-ene et thiol-ene/acrylate de polymères. Ces matériaux est avantageux car le degré d’assouplissement après exposition à des conditions in vivo peut facilement être réglé par la conception de polymère. En choisissant la composition polymère droite et la densité de réticulation, la température de transition vitreuse et module de Young du polymère peuvent être modifiée2,4,5,6,8. L’effet sous-jacent de l’adoucissement est la “plastification” du polymère en milieu aqueux. En ayant un polymère avec une température de transition vitreuse (T,g) au-dessus de la température de corps quand sec (l’état pendant l’implantation), mais inférieure à la température du corps après avoir été immergé dans l’eau ou PBS, le module de rigidité/résultant du polymère pouvez passer du vitreux (raide) lorsqu’il est sec à caoutchouteux (doux) quand implanté16.
Cependant, mensurations exactes et fiables de l’adoucissement en raison de la “plastification” et le changement de Tg de la sec à humide des États ont pu être mesurées dans le passé. Analyse mécanique dynamique traditionnelle est effectuée dans l’air ou des gaz inertes et ne permet pas de mesurer des propriétés thermomécaniques des polymères à l’intérieur d’une solution. Dans des études antérieures, les polymères ont été plongés dans du PBS pour des quantités variables de temps. Enflée échantillons ont été ensuite utilisés pour effectuer l’analyse mécanique dynamique (DMA)6,7,8. Toutefois, étant donné que la procédure comporte une rampe de température, échantillons commencent à sécher pendant le mesurage et ne donnent pas de données représentatives. Cela est particulièrement vrai si la taille de l’échantillon devient plus petite. Afin de prédire le ramollissement des sondes neuronales, il serait nécessaire de tester des films de polymères µm-minces de 5 à 50, qui n’est pas possible avec DMA traditionnel en raison le séchage des échantillons susmentionnés pendant la mesure.
Hess et al.,17 ont conçu une microtension sur mesure, essai de machine à évaluer les propriétés mécaniques des matériaux mécaniquement adaptatives à l’aide d’une méthode d’environnement contrôlée. Ils ont déjà utilisé un système d’aérographe à pulvériser de l’eau sur des échantillons lors de la mesure pour les empêcher de se dessécher.
L’utilisation de DMA environnement (Figure 1), cependant, permet de mesurer des films de polymères en solution, comme l’eau et de PBS, à diverses températures. Cela permet non seulement mesure des propriétés thermomécaniques de polymère à l’état trempé/ramolli, mais aussi mesurer sa cinétique de ramollissement. Essais de traction même et gonflement des mesures sont possibles à l’intérieur de la baignoire de l’immersion de cette machine. Cela permet des études exacts de la “plastification” induite par le ramollissement des substrats polymère pour prédire les comportements en vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
L’utilisation de DMA environnement permet l’étude du comportement des différents polymères utilisés comme substrats pour les implants neuronaux19 ou autres dispositifs biomédicaux en solution et à reproduire in vivo des conditions. Cela inclut, mais n’est pas limité à, polyimide, parylène-C, PDMS et SU-8. Hydrogels et matériaux de matrice extracellulaire (ECM) peuvent également être étudiés à l’aide de cette méthode. Les différences d’assouplissement global de p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs veulent remercier le Dr Taylor Ware de nous permettre d’utiliser son DMA environnement.
Ce travail a été soutenu par le bureau de l’Assistant Secretary of Defense for Health Affairs, par le biais de la Peer Reviewed médical recherche Program [W81XWH-15-1-0607]. Opinions, les interprétations, les conclusions et les recommandations sont celles des auteurs et pas nécessairement approuvé par le ministère de la défense.
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 |
References
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