Miljömässigt-kontrollerad Microtensile Test av Mekaniskt adaptiva Polymer Nanokompositer för

Implanterbara microdevices vinner betydande uppmärksamhet i flera biomedicinska tillämpningar ^1-4. Sådana anordningar har skett från en rad olika material, alla med sina egna fördelar och brister ^5,6. Mest framträdande, på grund av de mikroskala enhetens dimensioner, är en hög modul för att underlätta implantation i levande vävnad. Omvänt bör styvheten av anordningen matchar den omgivande vävnaden för att minimera inducerad lokal stam ^7-9. Därför utvecklade vi nyligen en ny klass av bio-inspirerade material för att möta dessa krav genom att reagera på stimuli från omgivningen med en förändring av de mekaniska egenskaperna ^10-14. Specifikt visar vår poly (vinylacetat)-baserad nanokomposit (PVAc-NC) en minskning i styvhet när de utsätts för vatten och förhöjda temperaturer (t.ex. kroppstemperatur). Tyvärr är det få metoder finns att kvantifiera styvheten av material in vivo ^15, och mekanical testning utanför den fysiologiska miljön kräver ofta stora prover olämpligt för implantation. Vidare kan stimuli-responsiva material återhämta sig snabbt sin ursprungliga styvhet efter explantation. Därför har vi utvecklat en metod som de mekaniska egenskaperna hos implanterade microsamples kan mätas ex vivo, med simulerade fysiologiska förhållanden upprätthålls med hjälp av fukt-och temperaturkontroll ^13,16,17.

För detta ändamål har en anpassad microtensile testare utformad för att rymma mikroskala prover ^13,17 med mycket varierande Youngs moduler (intervallet 10 MPa till 5 GPa). Eftersom våra intressen är i tillämpningen av PVAc-NC som ett biologiskt anpassningsbar neural testsubstrat, ett verktyg som kan mekanisk karakterisering av prover på mikroskala var nödvändigt. Detta verktyg har anpassats för att ge fukt och temperaturkontroll, vilket minimerade prov torkning och kylning ^17. Som ett resultat, mekanikernal egenskaper explanterad provet avspeglar nära de för provet strax före explantation.

Det övergripande målet med denna metod är att kvantitativt utvärdera in vivo mekaniska egenskaper, särskilt den Youngs modul, av stimuli-lyhörd, mekaniskt-adaptiva polymerbaserade material. Detta åstadkommes genom att först fastställa de miljöförhållanden som kommer att minimera en förändring i prov mekaniska egenskaper efter explantation utan att bidra till en minskad styvhet oberoende av det som följer av implantation. Prover framställs därefter för implantation, hantering, och testning (Figur 1A). Varje prov implanteras i hjärnbarken hos råttor, som representeras här som en explanterad råtta hjärna, under en viss tid (Figur 1B). Vid denna punkt, är provet explanterades och omedelbart laddas i microtensile testare, och utsattes sedan för dragprovning (Figur1C). Efterföljande analys av data ger en inblick i det mekaniska beteendet hos dessa innovativa material i miljön av hjärnbarken.