この作品は、両方のラボスタートアップ資金（J. Capadona）、およびメドトロニック大学院フェローシップ（K.ポッター）を通してケースウェスタンリザーブ大学の生物医学工学専攻によってサポートされていました。本研究の追加資金がNSF助成ECS-0621984（C. Zorman）、ケース同窓会（C. Zorman）、メリットレビュー賞（B7122R）を通じて退役軍人局と同様、高度によって部分的にサポートされていましたプラットフォーム技術センター（C3819C）。

1。試料調製<ol><li>溶液キャストと圧縮技術を使用して10-12 25から100ミクロンの範囲の厚さのたPVAc-NCフィルムを準備します。 </li><li>膜とウエハとの間の密接な接触を促進するために70°C（ガラス転移温度以上）少なくとも二つ分間ホットプレート上で加熱することによってシリコンウエハに膜を付着する。このステップでは、準備されたフィルムは、平面微細加工プロセスのために必要であるSiウエハにフラットと固定されたままであることが保証されます。 </li><li>レーザー微細加工（VLS 3.50、VersaLASER）による試験サンプルジオメトリにパターンフィルム。 1.0％の電力（0.5 W）、4.0％の速度（56ミリメートル/秒）、およびインチ13,16 1,000パルスにCO 2直接書き込みレーザー微細加工パラメータを設定します。 </li><li>横方向パッド寸法1.5×1.5 mm 2であり、薄暗い横梁とドッグボーン状の構造に環境条件（ &quot;初期サンプル&quot;）を確立するために使用されるパターンサンプル厚さが一致するensions 300 X 3,000μm2で、全体のフィルム（ 図2）のもの。 </li><li>厚さは、その映画のマッチングのパターンex vivoでの実験のためのサンプル（ &quot;インプラントサンプル&quot;）ビームには300μm×6 mmの、。 </li><li>慎重にカミソリの刃とピンセットを用いてウェハからサンプルを解放します。 </li><li>試料の取り扱いについては、microtensileテスターでグリップシステムの一部として機能するように設計されたカスタム加工アクリルホルダーを準備します。レーザーエッチングされたマーキングは、ホルダーと端から1.5mmの中心線を示す。アクリルホルダーの中心線上にシアノアクリレートゲル系接着剤の少量を置き、慎重にホルダーにインプラントサンプルの1.5ミリメートルの長さを遵守し、マークされた中心線（ 図3）と重なる。各インプラントサンプルは1アクリルホルダーが必要です。粘着ゲルがのみACRに付着されてたPVAc-NC 1.5ミリメートル長さに沿って残っていることを保証するために注意してくださいカルボンホルダー。それ以外の場合は、接着剤ゲルは、サンプルの機械的挙動に干渉することがあります。 </li><li>少なくとも24時間、デシケーターに配置することにより、すべてのサンプルから水分を除去する。 </li><li>長さ、幅、および光学顕微鏡を用いて試料の厚さ方向寸法を測定する。 </li></ol> 2。環境条件を確立<ol><li>初のモバイルグリップの間に、その後一定のグリップ間クランプ、（ 図4を参照）microtensileテスターにドライのセットアップサンプルをロードします。 </li><li> microtensileサンプル向けノズルを、固定された位置に水で満たされた貯水池でエアーブラシをマウントします。プラスチックチューブを経由して空気圧縮機にエアーブラシを接続します。エアーブラシノズルが完全に閉じた状態で、空気圧縮機の電源をオンにします。 </li><li>引っ張り歪み（正株）およびtに印加圧縮歪み（負株）交互に環状microtensile試験手順を開始する彼サンプルは、応力 - 歪みプロットの線形弾性領域内に残っている。たPVAc-NCについては、ひずみが2％未満に制限されている。その歪みを達成するために必要な力を測定しながら、これらの実験で使用されるカスタムmicrotensileテスターに​​おいて、歪み速度を制御した。また、別のセットアップが結果ひずみを測定しながら、加えられた力を制御する可能性が伴う。 </li><li>徐々にエアーブラシノズルからの流れを増加させ、エアーブラシからの流量の関数としての応力 - ひずみプロットの傾きを監視する。 60秒の期間にわたってヤング率の有意な（&gt; 10％）減少を生じない最大流量は、ex vivoでの実験に使用するレベルである。この時点で、（したがって、ヤング率の低減に寄与する）乾燥試料を濡らすことはありません湿度条件、また、in vivoで生物学的流体にさらされた後の乾燥サンプルはエスタされている最小にするblished。 </li><li>サンプル近傍の温度を測定します。理想的なセットアップでは、デジタル読み出しと熱電対を含んでいるでしょうし、エアブラシの動作中に実行される。試料温度を37°C、生理的条件と一致するまで保有されるように放射熱源の強度と距離を設定する。 </li></ol> 3。非環境コントロールに環境管理の比較<ol><li>リン酸には少なくとも30分間浸しセットアップサンプルは緩衝食塩水。この時間後、サンプルを完全に飽和され、所定の温度でその最小ヤング率まで減少した。 </li><li>迅速にサンプルが乾燥しながら、エアーブラシをオフにして、microtensileテスターに​​サンプルをロードし、巡回microtensileテストを開始します。これは、非制御された条件下でいかに早くサンプルが乾燥を決定します。 </li><li> microtensileテスターに​​第二PBS-飽和セットアップサンプルのロード、および環状microtensileテストを開始のエアブラシで。これは、管理された環境条件下でいかに早くサンプルが乾燥を決定します。 </li></ol> 4。プローブ注入及び植<ol><li>マイクロマニピュレータクランプと皮質組織に直​​交する位置にインプラントのサンプルを添付します。 </li><li>挿入の前に、組織の力学の均一性を確保するために生理食塩水で組織が十分に湿った保つ。 </li><li>マイクロマニピュレータのハンドコントロールを使用して皮質にポリマー試料を下げます。一般的には1〜30分の間、ターゲットインプラント時まで皮質組織のサンプルのままにしておきます。軽く5分、軽くかけ時点の乾燥から組織を防止するために組織生理食塩水に浸した綿棒を使用して5分​​毎。 </li><li>プローブが皮質に移植されている間、静止サンプルクランプから3.0ミリメートルのゼロ変位位置に駆動ロッドを設定することにより、現在注入したサンプルをロードするためmicrotensileテスターを準備します。また、エアーブラシノズルを設定する流量設定と放射熱源への適切な強度にステップ2.4​​に決定。 </li><li>指定されたインプラントの時間の終わりに、マイクロマニピュレータハンドコントロールを使用して大脳皮質のプローブを上げる。すぐに、慎重に、ステップ5.2で詳細に説明されているように、microtensileテスターに​​マイクロマニピュレータクランプと負荷からサンプルを削除します。 </li></ol> 5。インプラントのサンプルのMicrotensileテスト<ol><li>植後の時間を節約するために、ステップ4.4で説明したようにmicrotensileテスターは、移植前にインプラントのサンプルを受け入れることは完全に準備ができていることを確認してください。 </li><li>直ちに植後、microtensileテスタークランプの2セットの間のサンプルをロードします。サンプルは1クランプの上半分として機能するように設計されたアクリルホルダーに装着されているので、ダウンしてモバイルグリップ、サンプル側のインプラントサンプルアセンブリを配置します。これは、試料がマウントされていることを確認することが重要であるように歪みがあるAPPLテスト中にサンプルにトルクを加えないようにだけ 、プローブの長さに沿ってiedを。このように、試料を各クランプの中央に装着する必要があり、クランプは、互いにレベルでなければならない。 </li><li>クランプ間の距離が3.0 mmであり、プローブの端部が固定されたクランプ内に配置されるように試料位置を調整する。クランプ間のこの3.0ミリメートルの長さは、サンプル用のゲージ長であり、試料上の歪みを決定するために後で計算に使用される。 </li><li>すぐに両方のクランプ間にサンプルを確保した後、同時に測定し、記録しながら、そして神経組織からの外植の2分以内に、一定の割合（ここで使用さ10μm/秒）でサンプルを長くするための引張方向にモーターを作動させるサンプルの伸長とサンプルを負担するために必要な関連する力（ロードセル、トランスデューサテクニックMDB-2.5を使用して）（変位インジケーター、Mitutoyu 543から561を使用する）。 </li><lI&gt;機械的なサンプルの故障時や駆動ロッド範囲の終わりに達した時にmicrotensileテストを停止します。収集したデータをエクスポートし、データ解析を行う。 </li><li>各サンプルおよび/ ​​または条件（ すなわち挿入時間 ）のセットごとにmicrotensileテストを繰り返します。 </li></ol> 6。データ解析<ol><li> εが適用された株である（式1）に記載の初期ゲージ長による伸長の距離を除算することにより、インプラント試料に照射工学歪み生伸びデータを変換、tは時間であり、dはマイクロメータにより測定変位であるインジケータ、およびL 0は、サンプルの初期ゲージ長である： <img src="/files/ftp_upload/50078/50078eq1.jpg" alt="式（1）" fo:src="/files/ftp_upload/50078/50078eq1highres.jpg"/> （1） </li><li> TRAで、力（ニュートン）で割ることにより、試料上のエンジニアリングストレス生力のデータを変換する、式2に記載nsverse断面積： <img src="/files/ftp_upload/50078/50078eq2.jpg" alt="式（2）" fo:src="/files/ftp_upload/50078/50078eq2highres.jpg"/> （2） 試料に応力σここで、Fはロードセル（ニュートン）で測定された力であり、w 0は、サンプルの初期の幅であり、t 0は、サンプルの初期厚さである。 </li><li>ストレスをプロットします（[T]をσ）対ひずみ（ε[T]）、Microsoft Excelなどのコンピュータプログラムを使用して、各サンプルのカーブ。 </li><li>プロットの線形弾性部分を分離し、この部分にベストフィットラインを見つけるために、ソフトウェアベースのカーブフィッティングツールを使用します。ベストフィットラインの傾きは、試料のヤング率に相当する。プロットの隔離部分は、少なくとも10の応力 - ひずみ点を含むべきであり、勾配が最大となるプロットの部分から採取されるべきである。 </li><li>環状のテストでは、ヤング率が各サイクルに対して決定される必要がある。これは、自動または手動で実行することができる。 </li><li>時間に対する各サイクルのサイクリック試験のため、プロットはヤング率。これは、セットアップサンプルが湿潤または乾燥される速さの指標となる時間とともにどのように測定された弾性の変化を示している。 </li><li>インプラントのサンプルについては、インプラントの各サンプルと時間が環状試験の単一サイクルに対応する。各インプラントサンプルについて上述した手順を使用してヤング率を測定する。 </li><li>ヤング率に対するインプラント時間をプロットします。この時点では、比較はベンチトップ調査等を行うことができる</li></ol>

<ol>
	<li>Chen, P. J., Saati, S., Varma, R., Humayun, M. S., Tai, Y. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+brain+tissue+to+chronically+implanted+neural+electrodes.">Response of brain tissue to chronically implanted neural electrodes.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148, 1-18 (2005).</li><li>Subbaroyan, J., Kipke, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society,+2006.">Engineering in Medicine and Biology Society, 2006.</a> , 3588-3591 (2006).</li><li>Harris, J., Capadona, J., Miller, R., Healy, B., Shanmuganathan, K., Rowan, S., Weder, C., Tyler, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanically+adaptive+intracortical+implants+improve+the+proximity+of+neuronal+cell+bodies.">Mechanically adaptive intracortical implants improve the proximity of neuronal cell bodies.</a> Journal of Neural Engineering. 8, 066011 (2011).</li><li>Capadona, J. R., Shanmuganathan, K., Tyler, D. J., Rowan, S. J., Weder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-Responsive+Polymer+Nanocomposites+Inspired+by+the+Sea+Cucumber+Dermis.">Stimuli-Responsive Polymer Nanocomposites Inspired by the Sea Cucumber Dermis.</a> Science. 319, 1370-1374 (2008).</li><li>Shanmuganathan, K., Capadona, J. R., Rowan, S. J., Weder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-Responsive+Mechanically+Adaptive+Polymer+Nanocomposites.">Stimuli-Responsive Mechanically Adaptive Polymer Nanocomposites.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 2, 165-174 (2009).</li><li>Shanmuganathan, K., Capadona, J. R., Rowan, S. J., Weder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-inspired+mechanically-adaptive+nanocomposites+derived+from+cotton+cellulose+whiskers.">Bio-inspired mechanically-adaptive nanocomposites derived from cotton cellulose whiskers.</a> Journal of Materials Chemistry. 20, 180 (2010).</li><li>Hess, A., Capadona, J., Shanmuganathan, K., Hsu, L., Rowan, S., Weder, C., Tyler, D., Zorman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+stimuli-responsive+polymer+nanocomposite+toward+biologically+optimized,+MEMS-based+neural+probes.">Development of a stimuli-responsive polymer nanocomposite toward biologically optimized, MEMS-based neural probes.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 054009 (2011).</li><li>Capadona, J. R., Tyler, D. J., Zorman, C. A., Rowan, S. J., Weder, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanically+adaptive+nanocomposites+for+neural+interfacing.">Mechanically adaptive nanocomposites for neural interfacing.</a> Materials Research Society Bulletin. 37, 581-589 (2012).</li><li>Ophir, J., Cespedes, I., Garra, B., Ponnekanti, H., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastography:+ultrasonic+imaging+of+tissue+strain+and+elastic+modulus+in+vivo.">Elastography: ultrasonic imaging of tissue strain and elastic modulus in vivo.</a> European journal of ultrasound. 3, 49-70 (1996).</li><li>Hess, A., Shanmuganathan, K., Capadona, J., Hsu, L., Rowan, S., Weder, C., Tyler, D., Zorman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+Electro+Mechanical+Systems+(MEMS).">Micro Electro Mechanical Systems (MEMS).</a> , 453-456 (2011).</li><li>Harris, J. P., Hess, A. E., Rowan, S. J., Weder, C., Zorman, C. A., Tyler, D. J., Capadona, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+deployment+of+mechanically+adaptive+nanocomposites+for+intracortical+microelectrodes.">In vivo deployment of mechanically adaptive nanocomposites for intracortical microelectrodes.</a> Journal of Neural Engineering. 8, 046010 (2011).</li><li>Shanmuganathan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bio-inspired Stimuli-responsive Mechanically Dynamic Nanocomposites. , (2010).</li><li>Rousche, P. J., Pellinen, D. S., Pivin, D. P., Williams, J. C., Vetter, R. J., Kipke, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+polyimide-based+intracortical+electrode+arrays+with+bioactive+capability.">Flexible polyimide-based intracortical electrode arrays with bioactive capability.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 48, 361-371 (2001).</li><li>Norlin, P., Kindlundh, M., Mouroux, A., Yoshida, K., Hofmann, U. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+32-site+neural+recording+probe+fabricated+by+DRIE+of+SOI+substrates.">A 32-site neural recording probe fabricated by DRIE of SOI substrates.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 12, 414 (2002).</li><li>Ward, M. P., Rajdev, P., Ellison, C., Irazoqui, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+a+comparison+of+microelectrodes+for+acute+and+chronic+recordings.">Toward a comparison of microelectrodes for acute and chronic recordings.</a> Brain Research. 1282, 183-200 (2009).</li><li>Lin, J. M., Chang, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Novel+Remote+Health+Monitor+with+Replaceable+Non-Fragile+Bio-Probes+on+RFID+Tag.">A Novel Remote Health Monitor with Replaceable Non-Fragile Bio-Probes on RFID Tag.</a> Applied Mechanics and Materials. 145, 415-419 (2012).</li><li>Kunzelman, K. S., Cochran, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress/strain+characteristics+of+porcine+mitral+valve+tissue:+parallel+versus+perpendicular+collagen+orientation.">Stress/strain characteristics of porcine mitral valve tissue: parallel versus perpendicular collagen orientation.</a> Journal of Cardiac Surgery. 7, 71-78 (1992).</li><li>Snedeker, J., Niederer, P., Schmidlin, F., Farshad, M., Demetropoulos, C., Lee, J., Yang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-rate+dependent+material+properties+of+the+porcine+and+human+kidney+capsule.">Strain-rate dependent material properties of the porcine and human kidney capsule.</a> Journal of Biomechanics. 38, 1011-1021 (2005).</li><li>Ahn, S., Kasi, R. M., Kim, S. C., Sharma, N., Zhou, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+polymer+gels.">Stimuli-responsive polymer gels.</a> Soft Matter. 4, 1151-1157 (2008).</li><li>Stuart, M. A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+applications+of+stimuli-responsive+polymer+materials.">Emerging applications of stimuli-responsive polymer materials.</a> Nature Materials. 9, 101-113 (2010).</li></ol>

我々は、開示することは何もありません。

生物学的システムと対話するための移植可能な生物医学微小電気機械システム（バイオMEMS）の進歩は非常に合わせた特性を持つ新素材の開発を動機づけている。これらの材料のいくつかは、生理的環境において見出さ刺激に応答して材料特性の変化を示すように設計されている。材料の一つ、最近開発されたクラスには、水素結合形成の液体（ 例えば 、水）と大きさ10,11,18の...

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Mechanical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extruded acrylic sheet</td>
			<td>Professional Plastics</td>
			<td>SACR 062EF</td>
			<td>Thickness 0.062"</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razor blade</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>3962A3</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8384A47</td>
			<td>#5 tip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super Glue Gel</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>130380</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air Brush</td>
			<td>Snap-on Industrial</td>
			<td>BF175TA</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air Compressor</td>
			<td>Paasche</td>
			<td>B002YKN8YO</td>
			<td>D500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td>Omega</td>
			<td>HH12A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Cimarec</td>
			<td>SP131325Q</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 direct-write laser</td>
			<td>VersaLaser</td>
			<td>3.5</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>08-595</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lamp</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtensile tester</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

environmentally-controlled microtensile testing of mechanically-adaptive polymer nanocomposites for ex vivo characterization

植込み型マイクロデバイスは1-4いくつかの生物医学的なアプリケーションのために大きな注目を集めている。このようなデバイスは、材料、独自の利点と欠点5,6を提供する各々の範囲から作られている。最も顕著に、マイクロデバイスの寸法のために、高い弾性率は、生体組織への移植を容易にするために必要とされる。逆に、デバイスの剛性が誘発される局所的な歪み7-9を最小限にするために周囲の組織と一致する必要があります。そこで、最近では機械的特性10-14の変化に伴って環境刺激に応答することによって、これらの要件を満たすために、バイオ風材料の新しいクラスを開発した。水と高温（ 例えば体温）にさらされた場合具体的には、我々のポリ（酢酸ビニル）ベースナノコンポジットビニル（PVAc-NC）は、剛性の減少が表示されます。残念なことに、いくつかのメソッドは、in vivo 15 における材料の剛性、そしてメカを定量化するために存在生理的環境の外anicalテストはしばしば移植のための大規模なサンプルが不適切必要です。さらに、刺激応答材料はすぐに植後の初期剛性を回復することができる。そこで、シミュレートされた生理学的条件、水分及び温度制御13,16,17を使用して保持を移植しmicrosamplesの機械的特性は、 生体外で測定することができる方法を開発した。 この目的のために、カスタムmicrotensileテスタが広く変化するヤング率（GPaの5〜10メガパスカルの範囲）でマイクロサンプル13,17を収容するように設計された。私たちの利害が生物学的に適応神経プローブ基質としてたPVAc-NCのアプリケーションであるため、マイクロスケールでのサンプルの機械的特性評価することのできるツールが必要でした。このツールは、乾燥及び17を冷却する試料を最小限に抑えた湿度および温度制御を提供するように適合させた。結果として、機械工植サンプルのアル特性は密接に植直前にサンプルのものを反映しています。 この方法の全体的な目標は、定量的刺激応答性、機械的に適応ポリマーベース材料のin vivoでの機械的特性、特にヤング率で評価することである。これは、第1注入から生じることに依存しない剛性の低減に寄与することなく外植後の試料の機械的特性の変化を最小限にする環境条件を確立することによって達成される。次いで、試料を注入処理、および試験（ 図1A）のために調製される。各サンプルを指定された期間外植ラット脳、（ 図1B）としてここに表されるラットの大脳皮質に注入される。この時点で、サンプル（ 図外植とすぐに読み込まmicrotensileテスターにした後、引張試験に供されている1C）。その後のデータ分析では、大脳皮質の環境でこれらの革新的な材料の機械的挙動への洞察を提供します。

私たちたPVAc-NCを含むほぼ全てのポリマー材料の機械的特性は、環境条件への暴露に依存している。最も顕著なのは、これらは、熱や湿気への露出を含む。材料は、水分の吸収により可塑化、または熱転移を起こしている場合には、ヤング率の低下を表示する。湿気とex vivoでの試料の機械的特性解析のための温度制御された環境を準備するには、機械的なテスト中microtensileテスター、?...

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Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

方法が議論されていることで<em生体内で&gt;</em刺激応答性材料の&gt;機械的挙動を時間の関数として監視される。サンプルがテストされ<em&gt; ex vivoで</em&gt;生理的環境をシミュレートするために、環境コントロールとmicrotensileテスターを用いて。この作品は、さらなる理解促進<em生体内で&gt;</em我々の材料の&gt;振る舞い。

機械的に適応型ポリマーナノコンポジットの環境制御のMicrotensileテスト<em&gt; ex vivoで</em&gt;キャラ

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

environmentally-controlled-microtensile-testing-mechanically-adaptive

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

10.1K ビュー.  Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center. 方法が議論されていることで機械的挙動を時間の関数として監視される。サンプルがテストされ ex vivoで生理的環境をシミュレートするために、環境コントロールとmicrotensileテスターを用いて。この作品は、さらなる理解促進振る舞い。

ビデオ: Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

のための周期的圧力のバイオリアクターの設計生体外で</em大動脈心臓弁の>研究

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

生物工学

Ex vivo Mimicry of Normal and Abnormal Human Hematopoiesis

Hematopoietic stem cells require a unique microenvironment in order to sustain blood cell formation1; the bone marrow (BM) is a complex three-dimensional (3D) tissue wherein hematopoiesis is regulated by spatially organized cellular microenvironments termed niches2-4. The organization of the BM niches is critical for the function or dysfunction of normal or malignant BM5. Therefore a better understanding of the in vivo microenvironment using an ex vivo mimicry would help us elucidate the molecular, cellular and microenvironmental determinants of leukemogenesis6.
Currently, hematopoietic cells are cultured in vitro in two-dimensional (2D) tissue culture flasks/well-plates7 requiring either co-culture with allogenic or xenogenic stromal cells or addition of exogenous cytokines8. These conditions are artificial and differ from the in vivo microenvironment in that they lack the 3D cellular niches and expose the cells to abnormally high cytokine concentrations which can result in differentiation and loss of pluripotency9,10.
Herein, we present a novel 3D bone marrow culture system that simulates the in vivo 3D growth environment and supports multilineage hematopoiesis in the absence of exogenous growth factors. The highly porous scaffold used in this system made of polyurethane (PU), facilitates high-density cell growth across a higher specific surface area than the conventional monolayer culture in 2D11. Our work has indicated that this model supported the growth of human cord blood (CB) mononuclear cells (MNC)12 and primary leukemic cells in the absence of exogenous cytokines. This novel 3D mimicry provides a viable platform for the development of a human experimental model to study hematopoiesis and to explore novel treatments for leukemia.

Ex vivo Mimicry of Normal and Abnormal Human Hematopoiesis

A 3D culture system for hematopoiesis is described using human cord blood and leukemic bone marrow cells. The method is based on the use of a porous synthetic polyurethane scaffold coated with extracellular matrix proteins. This scaffold is adaptable to accommodate a wide range of cells.

正常と異常ヒト造血のex vivoでの擬態

Hematopoietic stem cells require a unique microenvironment in order to sustain blood cell formation1; the bone marrow (BM) is a complex three-dimensional ...

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced birth defects and many later studies afterwards proved the opposite. Today several harmful xenobiotics like nicotine, heroin, methadone or drugs as well as environmental pollutants were described to overcome this barrier. With the growing use of nanotechnology, the placenta is likely to come into contact with novel nanoparticles either accidentally through exposure or intentionally in the case of potential nanomedical applications. Data from animal experiments cannot be extrapolated to humans because the placenta is the most species-specific mammalian organ 1. Therefore, the ex vivo dual recirculating human placental perfusion, developed by Panigel et al. in 1967 2 and continuously modified by Schneider et al. in 1972 3, can serve as an excellent model to study the transfer of xenobiotics or particles.
Here, we focus on the ex vivo dual recirculating human placental perfusion protocol and its further development to acquire reproducible results.
The placentae were obtained after informed consent of the mothers from uncomplicated term pregnancies undergoing caesarean delivery. The fetal and maternal vessels of an intact cotyledon were cannulated and perfused at least for five hours. As a model particle fluorescently labelled polystyrene particles with sizes of 80 and 500 nm in diameter were added to the maternal circuit. The 80 nm particles were able to cross the placental barrier and provide a perfect example for a substance which is transferred across the placenta to the fetus while the 500 nm particles were retained in the placental tissue or maternal circuit. The ex vivo human placental perfusion model is one of few models providing reliable information about the transport behavior of xenobiotics at an important tissue barrier which delivers predictive and clinical relevant data.

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

The ex vivo dual recirculating human placental perfusion model can be used to investigate the transfer of xenobiotics and nanoparticles across the human placenta. In this video protocol we describe the equipment and techniques required for a successful execution of a placenta perfusion.

使用プラ​​センタアクロス異物およびナノ材料の輸送速度の決定<em&gt; ex vivoで</em&gt;ヒト胎盤灌流モデル

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced ...

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an integral part of normal tissue renewal, excessive amount of remodeling activity is involved in tumors, arthritis, and many other pathological conditions. During collagen remodeling, the triple helical structure of collagen molecules is disrupted by proteases in the extracellular environment. In addition, collagens present in many histological tissue samples are partially denatured by the fixation and preservation processes. Therefore, these denatured collagen strands can serve as effective targets for biological imaging. We previously developed a caged collagen mimetic peptide (CMP) that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands by forming triple helical structure, which is unique to collagens. The overall goals of this procedure are i)&#160;to image denatured collagen strands resulting from normal remodeling activities in vivo, and ii) to visualize collagens in ex vivo tissue sections using the photo-triggered caged CMPs. To achieve effective hybridization and successful in vivo and ex vivo imaging, fluorescently labeled caged CMPs are either photo-activated immediately before intravenous injection, or are directly activated on tissue sections. Normal skeletal collagen remolding in nude mice and collagens in prefixed mouse cornea tissue sections are imaged in this procedure. The imaging method based on the CMP-collagen hybridization technology presented here could lead to deeper understanding of the tissue remodeling process, as well as allow development of new diagnostics for diseases associated with high collagen remodeling activity.

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

This procedure demonstrates in vivo near IR fluorescence imaging of collagen remodeling activities in mice as well as ex vivo staining of collagens in tissue sections using caged collagen mimetic peptides that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands.

変性コラーゲンストランドを画像化する<em&gt;インビボ</em&gt;と<em&gt;生体外</em&gt;リテーナ入りコラーゲン模倣ペプチド写真·トリガブリダイゼーション経由

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an ...

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should mimic the human tissues they are aiming to replace; to provide the required anatomical shape, the materials must be able to sustain the mechanical forces they will experience when implanted at the defect site. Although the mechanical properties of tissue-engineered scaffolds are of great importance, many human tissues that undergo restoration with engineered materials have not been fully biomechanically characterized. Several compressive and tensile protocols are reported for evaluating materials, but with large variability it is difficult to compare results between studies. Further complicating the studies is the often destructive nature of mechanical testing. Whilst an understanding of tissue failure is important, it is also important to have knowledge of the elastic and viscoelastic properties under more physiological loading conditions.
This report aims to provide a minimally destructive protocol to evaluate the compressive and tensile properties of human soft tissues. As examples of this technique, the tensile testing of skin and the compressive testing of cartilage are described. These protocols can also be directly applied to synthetic materials to ensure that the mechanical properties are similar to the native tissue. Protocols to assess the mechanical properties of human native tissue will allow a benchmark by which to create suitable tissue-engineered substitutes.

Tissue biomechanics is important for maintaining cell shape and function and for determining phenotype. This report demonstrates non-destructive mechanical protocols for characterizing elastic and viscoelastic properties of human soft tissues, which can be directly applied to tissue-engineered substrates to allow a close matching of engineered materials to native tissue.

インデントと引張試験を用いたヒト軟部組織の生体力学的特性評価

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential to establish an ex vivo model that can evaluate SIM performance accurately, for developing high-performance SIMs. In our previous study, we developed a new ex vivo model that can be used to evaluate the performance of various SIMs in detail by applying constant tension to the specimen&#39;s ends. We also confirmed that the proposed new ex vivo model allows accurate submucosal elevation height (SEH) measurement under uniform conditions and detailed comparisons of the performances of various types of SIMs. Here, we describe the new ex vivo model and explain the detailed setup methodology of this model. Since all parts of the new model were easy to obtain, the setup of the new model could be completed quickly. SEH of various SIMs could be measured more accurately by using the new model. The critical factor that determines SIM performance can be identified using the new model. SIM development speed will drastically increase after the factor has been identified.

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

We developed a new ex vivo model that applies constant tension to the porcine gastric specimen. This development made it possible to evaluate the performance (the height and duration of the submucosal elevation) of various SIMs accurately.&#160; The detailed setup methodology of this new model is explained.

内視鏡的粘膜下注入材料の性能の評価のための新しいEx Vivoモデル

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

ナノ製剤中のエンドトキシン検出カブトガニ リムラス ライセート (ラル) 試金を使用して

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Methods for In Vivo Biomechanical Testing on Brachial Plexus in Neonatal Piglets

Neonatal brachial plexus palsy (NBPP) is a stretch injury that occurs during the birthing process in nerve complexes located in the neck and shoulder regions, collectively referred to as the brachial plexus (BP). Despite recent advances in obstetrical care, the problem of NBPP continues to be a global health burden with an incidence of 1.5 cases per 1,000 live births. More severe types of this injury can cause permanent paralysis of the arm from the shoulder down. Prevention and treatment of NBPP warrants an understanding of the biomechanical and physiological responses of newborn BP nerves when subjected to stretch. Current knowledge of the newborn BP is extrapolated from adult animal or cadaveric BP tissue instead of in vivo neonatal BP tissue. This study describes an in vivo mechanical testing device and procedure to conduct in vivo biomechanical testing in neonatal piglets. The device consists of a clamp, actuator, load cell, and camera system that apply and monitor in vivo strains and loads until failure. The camera system also allows monitoring of the failure location during rupture. Overall, the presented method allows for a detailed biomechanical characterization of neonatal BP when subjected to stretch.

Methods for In Vivo Biomechanical Testing on Brachial Plexus in Neonatal Piglets

Presented here are methods to perform in vivo biomechanical testing on brachial plexus in a neonatal piglet model.

新生児子豚における腕神経叢における生体内生体力学試験の方法

Neonatal brachial plexus palsy (NBPP) is a stretch injury that occurs during the birthing process in nerve complexes located in the neck and shoulder ...

Synthesis of Graphene-Hydroxyapatite Nanocomposites for Potential Use in Bone Tissue Engineering

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been fabricated with hydroxyapatite to facilitate cell adherence, proliferation, and osteogenesis. In this study, hybrid nanocomposites were successfully developed using graphene nanoribbons (GNRs) and nanoparticles of hydroxyapatite (nHAPs), that when employed in bioactive scaffolds may potentially improve bone tissue regeneration. These nanostructures can be biocompatible. Here, two approaches were used for preparing the novel materials. In one approach, a co-functionalization strategy was used where nHAP was synthesized and conjugated to GNRs simultaneously, resulting in nanohybrids of nHAP on GNR surfaces (denoted as nHAP/GNR). High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) confirmed that the nHAP/GNR composite is comprised of slender, thin structures of GNRs (maximum length of 1.8 &#181;m) with discrete patches (150-250 nm) of needle-like nHAP (40-50 nm in length). In the other approach, commercially available nHAP was conjugated with GNRs forming GNR-coated nHAP (denoted as GNR/nHAP) (i.e., with an opposite orientation relative to the nHAP/GNR nanohybrid). The nanohybrid formed using the latter method exhibited nHAP nanospheres with a diameter ranging from 50 nm to 70 nm covered with a network of GNRs on the surface. Energy dispersive spectra, elemental mapping, and Fourier transform infrared (FTIR) spectra confirmed the successful integration of nHAP and GNRs in both nanohybrids. Thermogravimetric analysis (TGA) indicated that the loss at elevated heating temperatures due to the presence of GNRs was 0.5% and 0.98% for GNR/nHAP and nHAP/GNR, respectively. The nHAP-GNR nanohybrids with opposite orientations represent significant materials for use in bioactive scaffolds to potentially promote cellular functions for improving bone tissue engineering applications.

Novel nanocomposites of graphene nanoribbons and hydroxyapatite nanoparticles were prepared using solution-phase synthesis. These hybrids when employed in bioactive scaffolds can exhibit potential applications in tissue engineering and bone regeneration.

骨組織工学における潜在的な使用のためのグラフェン - ハイドロキシアパタイトナノコンポジットの合成

Developing novel materials for bone tissue engineering is one of the most important thrust areas of nanomedicine. Several nanocomposites have been ...

クリーンルーム環境における微生物制御およびモニタリング戦略

Microbial Control and Monitoring Strategies for Cleanroom Environments and Cellular Therapies

A well-validated and holistic program that incorporates robust gowning, cleaning, environmental monitoring, and personnel monitoring measures is critical for minimizing the microbial bioburden in cellular therapy manufacturing suites and the corresponding testing laboratories to ensure that the facilities are operating in a state of control. Ensuring product safety via quality control measures, such as sterility testing, is a regulatory requirement for both minimally manipulated (section 361) and more than minimally manipulated (section 351) human cells, tissues, and cellular and tissue-based products (HCT/Ps). In this video, we provide a stepwise guide for how to develop and incorporate the best aseptic practices for operating in a cleanroom environment, including gowning, cleaning, staging of materials, environmental monitoring, process monitoring, and product sterility testing using direct inoculation, provided by the United States Pharmacopeia (USP&lt;71&gt;) and the National Institutes of Health (NIH) Alternative Sterility Testing Method. This protocol is intended as a reference guide for establishments expected to meet current good tissue practices (cGTP) and current good manufacturing practices (cGMP).

著者スポットライト:クリーンルーム環境と細胞療法のための微生物制御およびモニタリング戦略  

The protocol summarizes the best practices to minimize microbial bioburden in a cleanroom environment and includes strategies such as environmental monitoring, process monitoring, and product sterility testing. It is relevant for manufacturing and testing facilities that are required to meet current good tissue practice standards and current good manufacturing practice standards.

クリーンルーム環境と細胞療法のための微生物制御およびモニタリング戦略

A well-validated and holistic program that incorporates robust gowning, cleaning, environmental monitoring, and personnel monitoring measures is critical ...