اختبار Microtensile التي تسيطر عليها بيئيا للميكانيكيا على التكيف nanocomposites والبوليمرات لل خارج الحي توصيف

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحديد التغيير في الصلابة على بنية مركبة نانوية تعتمد على البولي فينيل والأسيتات كدالة للوقت المزروع في الأنسجة. يتم تحقيق ذلك عن طريق زخرفة عينات البوليمر النانو المركبة أولا وإلصاقها بحاملات الأكريليك لإدخالها في الأنسجة والاختبارات الميكانيكية الدقيقة. تتمثل الخطوة الثانية في إعداد بيئة اختبار الشد الدقيقة لتقليد البيئة الفسيولوجية ، خارج الجسم الحي باستخدام مصدر رطوبة ومصدر حرارة مشع.

بعد ذلك ، يتم إدخال عينة الزرع في الأنسجة وإزالتها بعد مدة محددة. تتمثل الخطوة الأخيرة في تحميل العينة في جهاز اختبار الشد الصغير الذي يتم التحكم فيه بيئيا وإجراء الاختبار الميكانيكي لتحديد معامل الشاب للمادة بعد مدة الزرع المحددة. في النهاية ، يتم استخدام اختبار الشد الجزئي الذي يتم التحكم فيه بيئيا لإظهار التغيرات في الصلابة الميكانيكية كما تم قياسها بواسطة معامل يونغ كدالة للوقت المعرض للبيئة الفسيولوجية.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية لقياس الخصائص الميكانيكية المتغيرة مثل التحليل الميكانيكي الديناميكي ، هي أنه يمكن تطبيقها على العينات الدقيقة ويمكن التحكم في الرطوبة ودرجة الحرارة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الربط العصبي ، مثل كيفية تأثر الاستجابة الالتهابية للغرسة بصلابة مادة الزرع. أولا ، احصل على فيلم نانو مركب قائم على أسيتات البولي فينيل بسمك 25 إلى 100 ميكرومتر يتم إنتاجه بتقنية صب المحلول والضغط.

بعد ذلك ، قم بلصق الفيلم برقاقة سيليكون عن طريق التسخين على لوح ساخن عند 70 درجة مئوية لمدة دقيقتين. هذا يعزز الاتصال الحميم بين الفيلم والرقاقة ويضمن بقاء الفيلم مسطحا للتصنيع الدقيق. استخدم الآن التصنيع بالليزر ميكروم لتصميم الفيلم في هندسة عينة الاختبار المطلوبة.

يتم ضبط معلمات التصنيع الدقيق بالليزر اليمنى المباشرة على قوة 0.5 واط ، وسرعة 56 ملم في الثانية ، و 1000 نبضة لكل بوصة من الآلة. تسمى العينات التي سيتم استخدامها لإنشاء الظروف البيئية عينات الإعداد في هياكل على شكل عظام بأبعاد وسادة جانبية تبلغ 1.5 ملم × 1.5 ملم وأبعاد شعاع جانبية تبلغ 300 ميكرومتر × 3000 ميكرومتر. يتطابق سمك الفيلم في جميع أنحاء الماكينة مع عينات التجارب خارج الجسم الحي المشار إليها باسم عينات الزرع في حزم ، 300 ميكرومتر × ستة ملليمترات بسماكة مطابقة لسمك الفيلم.

بعد إزالة الرقاقة من إعداد المعالجة الدقيقة ، استخدم شفرة حلاقة وملاقط لتحرير العينات بعناية من الرقاقة للتعامل مع العينات. قم بإعداد حاملات الأكريليك المصممة لتكون جزءا من نظام المقبض في جهاز اختبار الشد الدقيق. في هذه التجربة ، يبلغ حجم كل حامل 11 ملم × سبعة ملليمترات بسمك 2.2 ملم وله فتحتان لمحاذاة البراغي في جهاز اختبار الشد الصغير.

أظهرت العلامات المحفورة بالليزر الخط المركزي للحامل على بعد 1.5 ملم من النهاية. تتطلب كل عينة من عينة الزرع حامل أكريليك واحد، ضع كمية صغيرة من المادة اللاصقة القائمة على هلام الأكريليك سانو على الخط المركزي لحامل الأكريليك، وقم بلصق بطول 1.5 ملم من عينة الغرسة بطول 1.5 ملم على الحامل المتداخل مع خط الوسط المحدد. احرص على التأكد من بقاء الجل اللاصق فقط على طول 1.5 ملم لمركب النانو القائم على أسيتات البولي فينيل الذي يتم الالتصاق بحامل الأكريليك.

ابدأ بتحميل عينة إعداد جافة في جهاز اختبار الشد الدقيق. قم أولا بالتثبيت بين المقابض المتنقلة ، ثم بين المقابض الثابتة ، قم بتركيب البخاخة بخزان مملوء بالماء في وضع ثابت مع توجيه الفوهة نحو عينة الشد الدقيقة. قم بتوصيل البخاخة بضاغط هواء عبر أنابيب بلاستيكية مع إغلاق فوهة البخاخة تماما.

قم بتشغيل ضاغط الهواء. ابدأ إجراء اختبار الشد الدقيق الدوري ، بالتناوب بين إجهاد الشد والإجهاد الانضغاطي الذي يتم تطبيقه على العينة. يجب أن يظل الاختبار في المنطقة المرنة الخطية لمخطط إجهاد الإجهاد.

في هذه الحالة ، تقتصر السلالة المطبقة على أقل من 2٪ في هذه التجارب ، تم التحكم في معدل الإجهاد بينما تم قياس القوة المطلوبة لتحقيق هذا السلالة. لتحديد ظروف الرطوبة المطلوبة ، قم بزيادة التدفق تدريجيا من فوهة البخاخة ومراقبة منحدر مخطط قطار الإجهاد كدالة لمقدار التدفق من البخاخة ، فإن الحد الأقصى للتدفق الذي لا يسبب انخفاضا كبيرا في معامل الشباب على مدى 60 ثانية هو المستوى الذي سيتم استخدامه لتجارب ex vivo. أخيرا ، قم بقياس درجة الحرارة بالقرب من العينة.

سيشمل الإعداد المثالي مزدوجا حراريا مع قراءة رقمية ، وسيتم إجراء القياسات أثناء تشغيل البخاخة. اضبط شدة ومسافة مصدر الحرارة المشع بحيث يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة العينة عند 37 درجة مئوية لتتناسب مع الظروف الفسيولوجية. تبدأ مقارنة التحكم بغمر عينات الإعداد لمدة 30 دقيقة على الأقل في محلول ملحي مخزن بالفوسفات أو PBS للسماح لها بالتليين إلى الحد الأدنى من معامل يونغ.

قم بتحميل عينة بسرعة في جهاز اختبار الشد الصغير وابدأ اختبار الشد الدقيق الدوري مع إيقاف تشغيل البخاخة أثناء تجفيف العينة في ظل الظروف المحيطة ، سيشير Young's ModuLite الموجود من هذه البيانات إلى مدى سرعة جفاف العينة في ظل ظروف غير خاضعة للرقابة. بعد ذلك ، قم بتحميل إعداد PBS مشبع ثان. عينة في جهاز الاختبار الصغير وابدأ اختبار الشد الجزئي الدوري باستخدام البخاخة هنا ، تعديل Young المحسوب ، سأشير إلى مدى سرعة جفاف العينة في ظل ظروف الرطوبة الخاضعة للرقابة.

تأمين عينة من الأنسجة القشرية. في هذا العرض التوضيحي ، يتم الحفاظ على رطوبة الأنسجة المزروعة في حمام من السائل الشوكي الدماغي الاصطناعي الذي يتم الحفاظ عليه عند 37 درجة مئوية قبل التجربة وأثناءها. بعد ذلك ، قم بإرفاق عينة غرسة على حاملها بمشبك مناور صغير.

ضع المسبار بحيث يكون متعامدا مع الأنسجة القشرية. اخفض عينة البوليمر في القشرة باستخدام مناور الميكرومتر. أدوات التحكم اليدوية.

اترك العينة في الأنسجة القشرية حتى ينقضي وقت الزرع المستهدف بين دقيقة واحدة و 30 دقيقة. اتخذ الاحتياطات اللازمة ضد جفاف الأنسجة خلال هذا الوقت أثناء زرع المسبار في القشرة. قم بإعداد جهاز اختبار الشد الصغير عن طريق ضبط القضيب الجاف على موضع الإزاحة الصفرية البالغ ثلاثة ملليمترات من المشبك الثابت.

اضبط أيضا إعداد تدفق فوهة البخاخة وإعداد طاقة مصدر الحرارة المشع على القيم المحددة مسبقا. في نهاية وقت الزرع المحدد ، ارفع المسبار خارج القشرة باستخدام أدوات التحكم اليدوية لمناور ميكروم على الفور وقم بإزالة العينة بعناية من مشبك مناور الميكروم وأخذها إلى جهاز اختبار الشد الصغير لبدء الاختبار في غضون دقيقتين مباشرة بعد الشرح ، قم بتحميل العينة بين مجموعتين من مشابك اختبار الشد الدقيقة. نظرا لأن حامل العينة مصمم ليكون بمثابة النصف العلوي من مشبك واحد ، ضع مجموعة عينة الغرسة على جانب عينة المقبض المتحرك لأسفل.

يجب تركيب العينة في وسط كل مشبك ، ويجب أن تكون المشابك مستوية فيما يتعلق ببعضها البعض. هذا يضمن أن الضغط يتم تطبيقه فقط على طول المسبار. الآن اضبط موضع العينة بحيث تكون المسافة بين المشابك ثلاثة ملليمترات ويتم وضع نهاية المسبار في المشبك الثابت.

طول ثلاثة ملليمترات بين المشابك هو طول مقياس العينة لاستخدامها في الحسابات اللاحقة. مباشرة بعد تأمين العينة بين كلا المشابك وفي غضون دقيقتين من الشرح من الأنسجة العصبية ، قم بتنشيط المحرك في اتجاه الشد لإطالة العينة بمعدل ثابت. المعدل هنا هو 10 ميكرومتر في الثانية.

قم بقياس وتسجيل استطالة العينة والقوة المرتبطة بها المطلوبة لإجهاد العينة في نفس الوقت. أوقف اختبار الشد الجزئي عند الفشل الميكانيكي للعينة أو عند الوصول إلى نطاق القضيب الجاف. تصدير البيانات التي تم جمعها لتحليلها.

كرر اختبار الشد الدقيق لكل عينة و / أو حالة زرع. ارسم منحنى الإجهاد مقابل الإجهاد لكل عينة باستخدام البرنامج. بعد ذلك ، قم بعزل الجزء المرن الخطي من المؤامرة.

يجب أن يشتمل الجزء المعزول من المؤامرة على 10 نقاط على الأقل ويجب أن يؤخذ من قسم المؤامرة حيث يكون المنحدر أكبر. استخدم الآن أدوات تركيب المنحنى القائمة على البرامج للعثور على أفضل خط مناسب لهذا الجزء. يتوافق ميل خط الملاءمة الأفضل مع معامل يونغ للعينة.

بالنسبة لعينات الإعداد التي تم اختبارها في الوضع الدوري ، حدد معامل يونغ لكل دورة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، ارسم معامل يونغ لكل دورة مقابل الوقت. اختارت هذه المؤامرة معامل يونغ كدالة للوقت ، كما تم قياسها أثناء اختبارات الشد الدورية لتحديد إعدادات البخاخة الصحيحة للتحكم في البيئة.

المنطقة المظللة هي الوقت الذي تم خلاله تشغيل البخاخة في إعدادات البخاخة المستخدمة. لا يتغير معامل الشباب بشكل كبير بمرور الوقت. يشير هذا إلى أن كمية الماء التي تمتصها عينة الإعداد من البخاخة لا تكفي للمساهمة في تقليل الصلابة.

فيما يلي معامل يونغ مقابل الزعتر للعينات المشبعة بالماء في كل من بيئات اختبار الشد التي يتم التحكم فيها بالرطوبة وغير الخاضعة للرصد. يكون استرداد معامل يونغ الأولي أبطأ بكثير في البيئة الخاضعة للرقابة. يوضح هذا الزيادة في الوقت اللازم لتجفيف العينة في هذه البيئة ، يمكن استخدام هذا الوقت الإضافي لإجراء اختبارات ميكانيكية على العينات التي تم زرعها.

هذه مخططات تمثيلية توضح منحنيات قطار الإجهاد لعينة جافة وعينة رطبة تم زرعها في قشرة الفئران لمدة 30 دقيقة. من الواضح أن معامل يونغ ، الذي يتوافق مع منحدر مخطط قطار الإجهاد في المنطقة المرنة الخطية ، أكبر بكثير بالنسبة للعينة الجافة. تم توتر كلتا العينتين لاقتحامها.

هذه المؤامرة النهائية هي معامل يونغ مقابل مدة الزرع للعينات الموضوعة في القشرة. بعد حوالي خمس دقائق من الزرع ، تظهر العينة تغييرا طفيفا في معامل يونغ. يشير هذا إلى أن العينة تصل إلى التشبع والحد الأدنى من الصلابة خلال هذه الفترة الزمنية.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر التخطيط مسبقا لضمان الحفاظ على الظروف الفسيولوجية في كل من بيئة الاختبار خارج الجسم الحي. يمكن استخدام هذه الطريقة لتقييم السلوك الميكانيكي للمواد الأخرى ذات الخصائص المعتمدة على البيئة ، بما في ذلك المواد القابلة للتحلل الحيوي ويمكن إجراؤها لتقييم معدل التحلل أو الاستقرار الميكانيكي للمواد البوليمرية في الجسم الحي.