Characterizing Multiscale Mekaniska egenskaper hos hjärnvävnad Använda atomkraftsmikroskopi, Impact indrag, och Rheometry

Att utforma och ingenjör material inspirerade av egenskaperna hos hjärnan, oavsett om mekaniska simulatorer eller vävnadsregenereringsstudier måste hjärnvävnaden i sig vara väl karakteriseras vid olika längd och tidsskalor. Liksom många biologiska vävnader, uppvisar hjärnvävnad en komplex, hierarkisk struktur. Men i motsats till de flesta andra vävnader, är hjärnan mycket låg mekanisk styvhet, med Youngs elasticitetsmodul E i storleksordningen 100-tals Pa. Den låga styvhet kan innebära utmaningar för experimentell karakterisering av viktiga mekaniska egenskaper. Här visar vi flera mekaniska karakteriseringstekniker som har anpassats för att mäta de elastiska och viskoelastiska egenskaperna hos hydratiserade, kompatibla biologiska material såsom hjärnvävnad, vid olika längdskalor och lastpriser. På mikro genomför vi krypvillkoren och kraft avkoppling experiment med användning av atomkraftsmikroskop-aktiverade indrag. Vid de mesoscale utför vi slag indrag experiment med hjälp av en pendel baserad instrumente indenter. På makroskala, vi genomför parallella platt rheometry att kvantifiera frekvensberoende skjuvning elasticitetsmoduler. Vi diskuterar också de utmaningar och begränsningar som är förknippade med varje metod. Tillsammans utgör dessa tekniker möjliggör en fördjupad mekanisk karakterisering av hjärnvävnad som kan användas för att bättre förstå strukturen av hjärnan och att konstruera bioinspirerade material.