신경 임 플 란 트의 연 화 행동을 예측 하기 위해 환경 동적 기계적인 분석

요약

신뢰할 수 있는 예측의 vivo에서 환경에 신경 임 플 란 트에 대 한 폴리머 기판의 연 화를 허용 하려면 신뢰할 수 있는 체 외에 방법이 중요 하다. 여기, 체온에 버퍼링 하는 인산 염에 동적 기계적인 분석의 사용에 제공 됩니다.

초록

동적으로 연 기판의 신경 임 플 란 트를 사용할 때 이러한 재료의 연 화 동작을 신뢰할 수 있는 체 외에 방법이 중요 하다. 과거에는, 그것은 만족 스럽게 흉내 낸 상당한 노력 없이 신체 환경 조건 하에서 박막의 연 화 측정 가능 하지 않았습니다. 이 게시는 관련 온도에서 버퍼링 하는 인산 염 (PBS), 같은 솔루션에서 고분자의 동적 기계적인 분석 (DMA)를 허용 하는 새롭고 간단한 메서드를 제공 합니다. 환경 DMA 사용 하 여 따라서 vivo에서 조건 하에서 재료 행동의 예측을 허용 하는 다양 한 미디어와 온도, plasticization로 인해 고분자의 연 화 효과의 측정을 허용 한다.

서문

신경 임 플 란 트에 대 한 기판으로 사용 되는 재료의 새로운 세대 구성 연 화 모양 메모리 폴리머^{1,2,3,,45,6,7 ,,89}. 이러한 자료는 중요 한 변형 세력을 극복 하기 위해 주입 하는 동안 충분히 뻣 뻣 한 하지만 그들은 시체의 환경에서 이식 후 최대 3 배나 부드럽게 될. 그것은 이러한 자료 텅스텐 또는 실리콘 등의 신경 임 플 란 트에 사용 되는 전통적인 재료에 비해 계수 감소 일치 하지 않아 더 나은 장치-조직 상호 작용을 표시 전망 이다. 전통, 뻣 뻣 한 장치 조직 캡슐화 및 astroglial는 종종 장치 실패^10,11결과 흉터 이식 후 염증 반응을 보여줍니다. 그것은 일반적인 가정 덜 뻣 뻣 한 장치 이물질 응답^12,,1314최소화 이다. 장치의 강성의 단면적 및 탄성 계수에 의해 결정 됩니다. 따라서, 장치 준수 하 고, 궁극적으로, 장치 조직 상호 작용을 개선 하기 위해 두 요소를 줄이기 위해 중요 하다.

고분자를 연 화에 일 구 엔 외.¹⁵, 기계적으로 호환 intracortical 임 플 란 트 neuroinflammatory 응답을 감소 증명의 작품에서 영감을 했다. 그들은 이전 기계적으로 적응형 poly(vinyl acetate)/피낭동물으로 셀 루 로스 nanocrystal (tCNC) 나노 복합 재료 (NC), 이식 후 호환 되는 사용.

Voit 실험실, 다른 한편으로, thiol ene와 thiol-ene/아크릴 고분자의 높은 가변 시스템을 사용합니다. 이러한 자료는 유리한 vivo에서 조건에 노출 된 후 연의 정도 폴리머 디자인에 의해 쉽게 조정 될 수 있다. 선택 하 여 오른쪽 폴리머 구성과 crosslink 밀도, 유리 전이 온도 탄성 계수는 폴리머의 수^2,,45,,68수정. 연 화의 기본 효과 수성 환경에서 폴리머의 plasticization. 으로 주입 하는 동안 (주), 건조 한 때 체온의 위 유리 전이 온도 (T_g)와 폴리머 하지만 후 체온 아래 물 또는 PBS, 폴리머의 결과 강성/계수에 몰입 고무 (소프트) 때 이식¹⁶유리 (뻣 뻣 한) 때 건조에서 이동할 수 있다.

그러나, plasticization와 드라이 젖은 상태에서 T_g 의 변화 완화의 정확 하 고 신뢰할 수 있는 측정 과거에 측정 될 수 있게 되지 않았습니다. 전통적인 동적 기계적인 분석 공기 또는 불활성 가스에서 수행 되 고 솔루션 내의 고분자의 열팽창 특성의 측정을 허용 하지 않습니다. 이전 학문에서는, 중합체 다양 한 양의 시간에 대 한 PBS에 익숙해 왔다. 부 어 샘플 다음 동적 기계적인 분석 (DMA)^6,,78을 수행 하기 위해 사용 되었다. 그러나, 절차 포함 하므로 온도 경사로, 샘플 시작 측정 동안 건조 하 고 대표 데이터를 생성 하지 않습니다. 이 샘플 크기가 작은 경우에 특히 사실 이다. 신경 프로브를 부드럽게 예측, 위해 그것 것입니다 5 ~ 50 µ m 얇은 폴리머 필름을 테스트 하는 데 필요한는 전통적인 DMA 측정 동안 샘플의 상술 건조 때문에 가능.

헤스 외.¹⁷ 사용자 microtensile는 환경 제어 방법을 사용 하 여 기계적으로 적응 재료의 기계적 특성 평가 시험기를 설계 했습니다. 그들은 이전 밖으로 건조에서 그들을 방지 하기 위해 측정 하는 동안 샘플에 물 스프레이 어 브러쉬 시스템을 사용 있다.

그러나 환경 DMA (그림 1)의 사용은, 폴리머 솔루션, 물 등 다양 한 온도에서 PBS 영화의 측정에 대 한 수 있습니다. 이 고분자의 열팽창 속성/부드럽게 젖은 상태에서의 측정 뿐만 아니라 그것의 연 화 속도의 측정 가능 심지어 인장 시험과 붓기 측정 침수 목욕이이 컴퓨터의 내부 수 있습니다. 이 폴리머 기판의 plasticization 유도 연의 정확한 연구 vivo에서 동작을 예측할 수 있습니다.

프로토콜

1입니다. 테스트를 위해 고분자 시료의 준비

1. 증기 두건 안쪽 이전 프로토콜에 따라 연 화 thiol ene 폴리머 음성 합성. ^{1 , 2 , 4 , 18} 짧게, 0.1 wt % 사진 초기자의 총 양이 많은 양의 알 켄 단위체에 thiol 믹스.
   1. 폴리머 혼합 20 mL 유리 유리병을 준비 합니다. 입사광 단위체 솔루션 문의 하지 않도록 알루미늄 호 일에 유리병을 커버 하 고 실내 온도 (RT)에서 계속. 모든 화학 물질을 사용 하 여 더 정화 없이 받았습니다.
   2. 완전히 연 화 폴리머에 대 한 추가 50 mol %1.3.5-triallyl-1.3.5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO), 45 mol % trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP), 그리고 5 mol % 트리 스 [2-(3-mercaptopropionyloxy) 에틸] isocyanurate (TMICN)에 일회용 플라스틱 피 펫을 사용 하 여 유리병 커버.
   3. 폴리머 솔루션에는 photoinitiatior 2, 2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA)의 0.1 wt %를 추가 합니다.
   4. 행성 속도 빛 솔루션을 노출 하지 않고 혼합 하 여 유리병 안에 내용을 철저 하 게 혼합.
      참고: 폴리머 솔루션 빛에 민감한 이며 호 일로 적용 하는 경우에 유해 45 ~ 60 분 후에 시작 됩니다. 따라서, 최대한 빨리 혼합 후 폴리머 솔루션을 사용 합니다.
2. 스핀 코트 5 ~ 50 µ m 두께 미세한 유리 슬라이드 또는 실리콘 웨이퍼에 스핀 곡선 (그림 2)에 따라 캐리어 기판에에서 박막으로 섹션 1.1 준비 폴리머 솔루션. 30에 대 한 600 rpm 스핀 30 µ m 필름 두께 대 한 s.
   참고: 다른 SMP 배합, 사용 하는 경우 스핀 속도 시간이 달라질 수 있습니다 폴리머 솔루션의 점도 따라.
3. 가교 실로 회전 직후 캐리어 기판에 고분자 필름 전송. 사진-유해 365 nm 자외선 전구에서 60 분에 대 한 영화와 더 120 ° C에서 진공 오븐에서 24 h에 대 한 사후 치료 변환을 완료합니다.
4. 4.5 m m의 너비와 DMA 테스트를 위해 50 m m의 길이 직사각형 샘플으로 경화 폴리머 필름을 잘라. 두께 50 µ m 5에서 달라질 수 있습니다. 샘플 측정 형상 적용 (1.4.2 또는 1.4.1 단계 선택) 두 가지 방법으로 주어질 수 있다.
   1. CO₂ 레이저를 사용 하 여 사각형으로 경화 폴리머 필름을 잘라. 5.0% 전력 (2.0 W) 및 10.0% 속도 (0.254 m/s) CO₂ 레이저 마이크로 가공 매개 변수 설정 (그림 3A).
   2. 클래스 10000 클린 룸 시설 (그림 3B)에서 포토 리소 그래피를 사용 하 여 DMA 샘플을 정의 합니다. SMP에 유리 또는 웨이퍼 기판은 클린 룸에서 시작 기판으로 사용 합니다.
      1. 다음 플라즈마 에칭 프로세스 하드 마스크 역할을 낮은 온도 실리콘 질 화물을 예금 한다. 표준 리소 그래피 기술을 사용 하 여 장치 개요/모양 패턴. SF₆ 와 O₂ 플라즈마 플라즈마 에칭을 사용 하 여 하드 마스크와 SMP 레이어를 각각 제거.
      2. SMP 레이어 플라즈마 에칭 유리 슬라이드/웨이퍼까지 후 희석된 10:1 HF 딥에 멀리 나머지 실리콘 나이트 라 이드 하드 마스크 에칭.
5. 마지막 단계로 이온된 물에 몸을 담글 하 여 유리 슬라이드/웨이퍼에서 테스트 장치를 delaminate.

2. 기계 설치

1. 동적 기계 분석기 (DMA)를 사용 하 여 집중 시스템. 긴장 모드 (그림 1)에서 집중 조명 기구와 기계 장비. 시스템에 액체 질소를 연결 하 고 보일 러에 대 한 가스 소스로 LN2/에 어를 사용.
2. 다음 세 단계를 포함 하 여 컴퓨터 소프트웨어 건조 측정 방법 작성: 컨디셔닝, 진동 온도 경사로, 및 컨디셔닝 월말 테스트, 다음 매개 변수를 다음과 같이 설정:
   1. 컨디셔닝 옵션에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 모드 활성화, 선택 "긴장", 축 힘 = 0.05 N, 초기 설정값 "에", 감도 = 0.0 N, 비례 힘 모드 = 힘 = 계수에 대 한 보상, 추적에, 선택"축" = 다음 설정 25.0%, 최소 축방향 힘을 동적 힘 = 0.05 N, 프로그래밍 0.0 아래 확장 Pa, 모드, 긴장 조정 = 0.05%, 최소 긴장 = 0.1%, 최대 긴장 0.5%, 최소 힘 = = 0.05 N, 최대 힘 = 0.2 명.
   2. 진동 온도 램프에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 시작 온도 = 10 ° C, 세트 포인트를 상속 = 끄기, 흠뻑 젖어 시간 = 0.0 s, 온도 대 한 대기에, 램프 속도 = 2.0 ° C/min, 최종 온도 = = 100 ° C, 진입 후 시간 담가 = 0.0 s, 샘플링 속도 = 1 점/s, strai n %0.275%, 단일 지점, 주파수 = 1 =.
   3. 컨디셔닝 월말 테스트에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 환경 제어 축 힘 조정 해제 = =, 모드 비활성화, 트랜스듀서/모터에서 =.
3. 침수는 다음과 같은 4 가지 단계를 포함 하 여 컴퓨터 소프트웨어를 사용 하 여 테스트 메서드를 작성: 컨디셔닝, 진동-시간, 진동 온도 경사로, 및 컨디셔닝-월말 테스트, 다음 매개 변수를 다음과 같이 설정:
   1. 컨디셔닝 옵션에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 모드 활성화, 선택 "긴장", 축 힘 = 0.05 N, 초기 설정값 "에", 감도 = 0.0 N, 비례 힘 모드 = 힘 = 계수에 대 한 보상, 추적에, 선택"축" = 및 설정 25.0%, 최소 축방향 힘을 동적 힘 = 0.05 N, 프로그래밍 0.0 아래 확장 Pa, 모드, 긴장 조정 = 0.05%, 최소 긴장 = 0.1%, 최대 긴장 0.5%, 최소 힘 = = 0.05 N, 최대 힘 = 0.2 명.
   2. 진동 시간에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 온도 = 39.5 ° C, 세트 포인트를 상속 떨어져, 담가 시간 = = 0.0 s, 대기 온도 대 한 떨어져, 기간 = 3600.0 = s, 샘플링 속도 = 1 점/s, 스트레인 % = 0.275%, 단일 지점, 주파수 = 1 Hz.
   3. 진동 온도 램프에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 시작 온도 = 10 ° C, 세트 포인트를 상속 = 끄기, 담가 시간 300.0 = s, 대기 온도 대 한 떨어져, 램프 속도 = 2.0 ° C/min, 최종 온도 = = 85 ° C, 진입 후 시간을 담가 300.0 = s, 샘플링 속도 = 1 점/s, s % 기차 0.275%, 단일 지점, 주파수 = 1 =.
   4. 컨디셔닝 월말 테스트에 대 한 다음 매개 변수를 설정: 환경 제어 축 힘 조정 해제 = =, 모드 비활성화, 트랜스듀서/모터에서 =.

3. 로드 및 언로드 건조 측정용 샘플

1. 0.001 m m 정밀 캘리퍼스와 건조 (공기)에서 테스트를 위해 고분자 시료의 실제 두께 측정 합니다.
2. 샘플 이름, 설명 및 샘플 기하학 소프트웨어에 입력 합니다.
3. 15mm 로드 간격을 설정 하 고 샘플을 로드 합니다. 센터는 클램프는 망 하기 전에 견본을 정렬 있는지 확인 꽉 손이나 (그림 3C) 0.1 N으로 토크 렌치를 사용 하 여.
4. 로 닫고 섹션 2.2에에서 설명 된 방법을 사용 하 여 측정을 시작 합니다.
5. 측정이 끝날 때까지 기다립니다. 로 열고 폴리머 샘플을 컴퓨터에서 제거 합니다.

4. 샘플 로드 및 언로드 침수 테스트

1. 침수에 0.001 m m 정밀 테스트 캘리퍼스와 PBS에 대 한 폴리머 시료의 실제 두께 측정 합니다.
2. 샘플 이름, 설명 및 샘플 기하학 소프트웨어에 입력 합니다.
3. 위 그립 (그림 4AB)에 클램프로 고정 침수 비 커와 함께 설치를 준비 합니다.
4. 15mm 로드 간격을 설정 하 고 로드 샘플 (그림 4C). 센터는 클램프는 망하는 거 야 전에 견본 (그림 5) 정렬 있는지 확인 꽉 손이나 토크 렌치를 사용 하 여 0.1 n.와
5. 하단 고정 물에 침수 목욕을 놓고 단단히 나사 (그림 4D). RT PBS (그림 4E)에 채워 목욕, 상단 (그림 4 층)에 뚜껑을 배치, 보일 러 (그림 4G), 닫고 즉시 섹션 2.3에에서 설명 된 방법을 사용 하 여 측정을 시작 합니다. 드레인 닫혔는지 확인 하십시오 (그림 4 H).
6. 측정이 끝날 때까지 기다립니다. 드레인을 사용 하 여 침수 목욕에서 PBS를 제거 합니다. 용광로, 비 커에서 뚜껑을 제거, 침수 비 커의 나사, 그것, 열고 폴리머 샘플을 컴퓨터에서 제거 합니다.
7. 클램프 및 PBS에서 모든 나머지 소금 제거 하 드 다림 질된 물으로 침수 비 커를 청소.

5입니다. 측정

1. 침수 비 커 없이 공기에 폴리머를 측정 합니다. 로드 및 언로드 섹션 3에에서 설명 된 대로 샘플에 대 한 지침을 따릅니다. 이 측정 최소 3 반복 통계 관련 된 결과 수집 하기 위해 x.
2. 섹션 4에에서 설명 된 단계에 따라 침수 목욕 내부 폴리머를 측정 합니다. 반복 측정 적어도 3 통계 관련 된 결과 수집 하기 위해 x.

6. 데이터 해석

1. 컴퓨터 소프트웨어, 원시 데이터를 테이블 형식으로 볼 수 있습니다 또는 그래프로 플롯 결과 탭을 엽니다.
2. 집중 측정, 진동-시간 측정 연 활동을 평가 하는 시간이 지남에 저장 모듈러스로의 첫 번째 부분을 플롯 합니다. 곡선 속도 폴리머의 계수는 시간이 지나면서 감소 PBS에 몰입 하는 동안 표시 됩니다.
3. 참고는 계수 수준 밖으로 시간. 이 생리 적인 조건 하에서 연 화 시간을 나타냅니다.
4. 폴리머는 1 h의 설정된 침수 시간 후 완전히 부드럽게 하지, 증가 침수 시간 측정을 반복 합니다.
5. (드라이) 전에 고분자의 열팽창 속성 표시 온도 왼쪽된 축, 오른쪽 축에 tan 델타에 저장 계수 측정의 진동 온도 경사로 공기와 PBS에 표시 후 (PBS)에서 plasticization .
6. 드라이 (공기)에 대 한 데이터 및 PBS 측정 더 나은 함께 열팽창 속성 plasticization 때문에 변화를 표시.
7. Note 저장 모듈러스와 37 ° C에서 젖 었된 샘플 25 ° C에서 건조 한 물자의 얼마나 많은 폴리머 주입 하는 동안 부드럽게 것입니다 평가 관련 번호 있습니다.
8. 건조 하 고 젖은 샘플 사이 tan 델타 피크에 변화 note
9. 추가 데이터 해석 및 다른 소프트웨어와 플로팅에.txt 또는.csv 파일로 데이터를 내보냅니다.

결과

환경 DMA 사용 하 여 연 화 속도 론 및 고분자의 전반적인 연 화 기능 분석을 수 있습니다. 프로토콜의 온도-시간 측정 모드를 사용 하 여 다른 폴리머 제형의 연 화 프로필 (그림 6) 서로 비교할 수 있습니다. 이 메서드는 또한 부드럽게 하 고 고분자의 팽 윤을 계량 하 사용할 수 있습니다. 그것은 볼 수 있습니다 그림 4 에서 다른 ...

토론

환경 DMA 사용 하 여 신경 임 플 란 트¹⁹ 또는 솔루션에서 다른 생물 의학 장치 기판으로 사용 하는 다양 한 고분자의 행동의 학문을 허용 하 고 vivo에서 모방을 조건. 이 포함 되지만, polyimide, 파 릴 렌 C, PDMS, 고 수-8에 국한 되지 않습니다. Hydrogels 및 세포 외 기질 (ECM) 자료 또한이 방법을 사용 하 여 조사 될 수 있습니다. 그것의 연 화 속도 론 및 폴리머의 전반적인 연의 차이...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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