Name: environmental dynamic mechanical analysis to predict the softening behavior of neural implants
Uploaded: 2019-03-01T14:30:00
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著者の私たち彼の環境の DMA を使用することができます博士テイラー ウェアを感謝したいです。
この作品は、ピア レビュー医学研究プログラムを介して [W81XWH-15-1-0607] 健康担当アシスタント長官の防衛のオフィスによって支えられました。意見、解釈、結論及び提言、これらの者を必ずしも国防省によって承認されました。

1. テスト用ポリマー試料の調製
<ol><li>発煙のフードの中の以前のプロトコルによると軟化のチオール-エン高分子を合成します。1,2,4,18簡単に、ミックス アルケン モノマーにチオールの定量的量 0.1 wt % 写真イニシエーターの合計。<ol>
<li>ポリマーを混合するため 20 mL ガラス瓶を準備します。モ?...

<ol>
	<li>Garcia-Sandoval, A., 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=Chronic+softening+spinal+cord+stimulation+arrays.">Chronic softening spinal cord stimulation arrays.</a> Journal of Neural Engineering. 15 (4), 045002 (2018).</li><li>Ecker, M., 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=Sterilization+of+Thiol-ene/Acrylate+Based+Shape+Memory+Polymers+for+Biomedical+Applications.">Sterilization of Thiol-ene/Acrylate Based Shape Memory Polymers for Biomedical Applications.</a> Macromolecular Materials and Engineering. 302 (2), 1600331 (2017).</li><li>Simon, D. M., 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=Design+and+demonstration+of+an+intracortical+probe+technology+with+tunable+modulus.">Design and demonstration of an intracortical probe technology with tunable modulus.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 105 (1), 159-168 (2017).</li><li>Do, D. -. H., Ecker, M., Voit, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+Thiol-Ene/Acrylate-Based+Polymer+for+Neuroprosthetic+Implants.">Characterization of a Thiol-Ene/Acrylate-Based Polymer for Neuroprosthetic Implants.</a> ACS Omega. 2 (8), 4604-4611 (2017).</li><li>Ware, T., 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=Thiol-ene/acrylate+substrates+for+softening+intracortical+electrodes.">Thiol-ene/acrylate substrates for softening intracortical electrodes.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 102 (1), 1-11 (2014).</li><li>Ware, T., 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=Thiol-Click+Chemistries+for+Responsive+Neural+Interfaces.">Thiol-Click Chemistries for Responsive Neural Interfaces.</a> Macromolecular Bioscience. 13 (12), 1640-1647 (2013).</li><li>Ware, T., Simon, D., Rennaker, R. L., Voit, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart+Polymers+for+Neural+Interfaces.">Smart Polymers for Neural Interfaces.</a> Polymer Reviews. 53 (1), 108-129 (2013).</li><li>Ware, T., 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=Fabrication+of+Responsive,+Softening+Neural+Interfaces.">Fabrication of Responsive, Softening Neural Interfaces.</a> Advanced Functional Materials. 22 (16), 3470-3479 (2012).</li><li>Stiller, A. M., 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=Chronic+Intracortical+Recording+and+Electrochemical+Stability+of+Thiol-ene/Acrylate+Shape+Memory+Polymer+Electrode+Arrays.">Chronic Intracortical Recording and Electrochemical Stability of Thiol-ene/Acrylate Shape Memory Polymer Electrode Arrays.</a> Micromachines. 9 (10), 500 (2018).</li><li>Biran, R., Martin, D. C., Tresco, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+cell+loss+accompanies+the+brain+tissue+response+to+chronically+implanted+silicon+microelectrode+arrays.">Neuronal cell loss accompanies the brain tissue response to chronically implanted silicon microelectrode arrays.</a> Experimental Neurology. 195 (1), 115-126 (2005).</li><li>Polikov, V. S., Tresco, P. A., Reichert, W. 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), 1-18 (2005).</li><li>Lacour, S. P., Courtine, G., Guck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+and+technologies+for+soft+implantable+neuroprostheses.">Materials and technologies for soft implantable neuroprostheses.</a> Nature Reviews Materials. 1 (10), 16063 (2016).</li><li>Stiller, A., 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=A+Meta-Analysis+of+Intracortical+Device+Stiffness+and+Its+Correlation+with+Histological+Outcomes.">A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes.</a> Micromachines. 9 (9), 443 (2018).</li><li>Lecomte, A., Descamps, E., Bergaud, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+mechanical+considerations+for+chronically-implanted+neural+probes.">A review on mechanical considerations for chronically-implanted neural probes.</a> Journal of Neural Engineering. 15 (3), 031001 (2018).</li><li>Nguyen, J. K., 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=Mechanically-compliant+intracortical+implants+reduce+the+neuroinflammatory+response.">Mechanically-compliant intracortical implants reduce the neuroinflammatory response.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056014 (2014).</li><li>Ecker, M., 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=From+Softening+Polymers+to+Multi-Material+Based+Bioelectronic+Devices.">From Softening Polymers to Multi-Material Based Bioelectronic Devices.</a> Multifunctional Materials. , (2018).</li><li>Hess, A. E., Potter, K. A., Tyler, D. J., Zorman, C. A., 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=Environmentally-controlled+Microtensile+Testing+of+Mechanically-adaptive+Polymer+Nanocomposites+for+ex+vivo+Characterization.">Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization.</a> Journal of Visualized Experiments. (78), e50078 (2013).</li><li>Black, B. J., 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=In+vitro+compatibility+testing+of+thiol-ene/acrylate-based+shape+memory+polymers+for+use+in+implantable+neural+interfaces.">In vitro compatibility testing of thiol-ene/acrylate-based shape memory polymers for use in implantable neural interfaces.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 106 (11), 2891-2898 (2018).</li><li>Hassler, C., Boretius, T., Stieglitz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymers+for+neural+implants.">Polymers for neural implants.</a> Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 49 (1), 18-33 (2011).</li></ol>

体内を模倣する条件し、環境の DMA の使用により、神経のインプラント19またはソリューション内の他のバイオメディカル デバイスの基板として使用様々 な高分子材料の挙動の研究。これが含まれますが、ポリイミド、パリレン C、PDMS、SU 8 に限定されていません。ゲルおよび細胞外マトリックス (ECM) 材料は、このメソッドを使用して調査するもできます。水、重水?...

新世代基板として神経のインプラントに使用される材料の軟化形状記憶ポリマー1,2,3,4,5,6,7 で構成されて ,8,9。これらの材料は重要な座屈力を克服するために注入の時に十分な硬さが、体内環境で注入後最大 3 桁のソフトになります。これらの材料がタングステンやシリコンなどの神経のインプラントで使用される従来の材料と比較して弾性率の減少の不一致のためのより良いデバイス生体作用を示すことが予想されます。伝統的な硬いデバイスは、組織カプセル化およびグリア瘢痕デバイス障害10,11に続く注入後の炎症反応を表示します。共通の前提が少なく硬いデバイスが異物応答12,13,14を最小限に抑えることです。装置の剛性は、その断面積と弾性率によって決まります。したがって、デバイスのコンプライアンスおよび、最終的に、デバイスの生体作用を改善するために両方の要因を減らすために重要です。
ポリマーの軟化作業は、グエンら15、機械的に準拠した皮質内インプラントがアミロイドの応答を減らすことを示した人の仕事に触発されました。彼らは以前、注入後準拠となる機械的に適応 poly(vinyl acetate)/ホヤ セルロース微結晶 (tCNC) ナノコンポジット (NC) を使用しています。
Voit 演習は、その一方で、チオール-エン ・ チオール-エン/アクリル酸エステルのポリマーの高度可変システムを使用します。これらの材料は、生体内での条件への露出の後軟化の程度は高分子設計で簡単にチューニングできる有利です。選択すると右の高分子組成と架橋密度、ガラス転移温度と樹脂のヤング率がすることができます2,4,5,6、8を変更します。軟化の基になる効果は、水環境のポリマーの可塑化です。体温の上のガラス転移温度 (Tg) (注入中の状態)、乾燥ポリマーを持つが水またはポリマーの結果剛性・弾性率、PBS 中に浸漬後体温以下(ソフト) ときにゴムのような注入16ガラス (硬い) 乾燥したときからシフトすることができます。
しかし、可塑化と状態をウェットに乾燥からTgのシフトによる軟化の正確な信頼性の高い計測ができませんでした過去に測定します。従来の動的機械分析、空気または不活性ガスで実行し、ソリューション内の高分子の機械的・熱的特性の測定を許可しません。以前の研究でポリマー浸漬されている PBS で時間の様々 な量。腫れのサンプルは動的機械分析 (DMA)6,7、8を実行する使用してしました。ただし、プロシージャには、温度ランプが含まれているのでサンプルは測定中に乾燥を開始、代表的なデータを得られない。サンプル サイズが小さい場合、これは特に当てはまります。神経プローブの軟化を予測するためにあろう 5 を 50 μ m 薄いポリマー フィルムをテストするために必要な上記サンプルの測定の間に乾燥のため従来の DMA と不可能であります。
ヘスら17特注報試験環境制御法を用いた機械的に適応材料の機械的特性を評価するために機を設計しています。以前、乾燥を防ぐために測定中にサンプルに水をスプレーをエアブラシ システムを使用しています。
環境 DMA (図 1) の使用は、ただし、水と温度、PBS などのソリューションに高分子薄膜の測定できます。これにより、浸軟化状態でポリマーの機械的・熱的性質の測定だけでなく、その軟化速度の測定。でも引張試験および膨張測定がこのマシンの浸漬内湯可能です。これにより、生体内での挙動を予測する高分子基板の可塑化による軟化の正確な研究。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,3,5-Triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>114235-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>196118-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 laser Gravograph LS100</td>
			<td>Gravotech, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning Large Glass Microscope Slides, 75 x 50mm</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>26005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Environmental DMA: RSA-G2 Solids Analyzer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESD Safe Plastic Tweezer, Tips; Flat, Duckbill, 11.5 cm</td>
			<td>Cole Palmer</td>
			<td>EW-07387-17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laurell WS-650-8B spin coater</td>
			<td>Laurell Technologies Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>liquid nitrogen</td>
			<td>Air gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS, 1X Solution, Fisher BioReagents</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP243820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHEL LAB vacuum oven</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>89409-484</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td></td>
			<td>Mechanical grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The RSA-G2 Immersion System</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (TMTMP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>381489-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UVP CL-1000 crosslinking chamber with 365 nm bulbs</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>21474-598</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

environmental dynamic mechanical analysis to predict the softening behavior of neural implants

神経のインプラントの動的に軟化の基板を使用して、信頼性の高い体外メソッドでこれらの材料の軟化挙動を評価することが重要です。過去には、満足のいく相当な努力もせず体内環境を模倣した条件下での薄膜の軟化を測定することはなかった。この文書は、関連する温度でリン酸緩衝生理食塩水 (PBS) など、ソリューションで高分子の動的機械分析 (DMA) を可能にする新しい方法を提示します。環境 DMA 使用するため生体内での条件下での材料挙動の予測を可能にする様々 なメディアや温度、可塑化を伴う高分子材料の軟化効果の測定。

環境 DMA 使用する軟化反応とポリマーの全般的な軟化機能の分析。プロトコルの温度-時間の測定モードを使用して、異なるポリマー配合の軟化のプロファイルはお互い (図 6) を比較できます。このメソッドは、軟化と膨張率のポリマーの定量化にも使用できます。それは、異なるポリマー配合が 37 ° C PBS に浸漬されている間軟化の程度が異なる...

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Environmental Dynamic Mechanical Analysis to Predict the Softening Behavior of Neural Implants

神経のインプラントの軟化挙動を予測する環境の動的機械分析

生体内の環境で神経のインプラント用高分子基板の軟化の信頼性の高い予測できるように、信頼性の高い体外メソッドを持つことが重要です。ここでは、体温でリン酸緩衝生理食塩水の動的機械分析の使用が表示されます。

When using dynamically softening substrates for neural implants, it is important to have a reliable in vitro method to characterize the softening behavior ...

この方法は、埋め込み型デバイスの材料特性が体内への挿入時、特に材料の軟化時にどのように変化するかを監視するのに役立ちます。この技術の主な利点は、生体内の状態を模倣し、したがって、動物実験の必要性を最小限に抑える簡単なin vitro方法を提供することです。この方法は、一般的に埋め込み可能なデバイスで使用される材料の熱機械的特性をテストするために特に興味深く、バイオエレクトロニクスに限定されません。サンプルの荷重と湿潤条件下でのサンプルの測定は少し難しく、正しく実行しないと信頼性の低いテスト結果が生じる可能性があります。まず、アルケンモノマーに対するチオールの定量量を合計1重量%の光開始器と混合することから始める。入射光がモノマー溶液に接触するのを防ぐためにアルミニウム箔で20ミリリットルのガラスバイアルを覆い、廃棄プラスチックピペットを使用して50モルパーセントTATATO、45モルパーセントTMTMP、および5モルパーセントTMICNをバイアルに追加します。次に、光導入器DMPAの1重量%をバイアルに加え、惑星速度混合を使用して、溶液を光にさらすことなくバイアルの内容物を混合する。内容物を十分に混合した場合、得られたチオールエインプレポリマー混合物を50マイクロメートル厚膜でスライドしたガラス顕微鏡にスピンコートし、架橋チャンバー内のキャリア基板上にポリマーフィルムを直ちに転写する。その後、365ナノメートルの紫外線球根の下で60分間フィルムを光重合し、続いて真空オーブンで120°Cで24時間後硬化し、さらに変換を完了します。ポリマーが完全に硬化したら、二酸化炭素レーザーを使用してフィルムを4.5ミリメートル幅、長さ50ミリメートルの長方形にカットし、動的な機械的検査を行います。ダイナミックメカニカルアナライザをセットアップするには、テンションモードで浸漬器具をマシンに装備します。液体窒素を機械に接続し、炉のガス源として空気中の液体窒素を有効にします。試験ステップのコンディショニング、振動温度ランプ、コンディショニング終了など、機械ソフトウェアでドライ測定の方法を書きます。次に、コンディショニング、振動時間、振動温度ランプ、テストステップのコンディショニング終了など、マシンソフトウェアでの浸漬試験の方法を書きます。分析装置の準備ができたら、001 ミリメートルの精度のキャリパーを使用して、空気試験で乾燥するポリマー標本の実際の厚さを測定し、サンプル名、説明、およびサンプルジオメトリをソフトウェアに入力します。荷重ギャップを 15 ミリメートルに設定し、サンプルをロードします。クランプを締める前に、必ず試料を中央に配置し、位置合わせしてください。次に炉を閉じ、乾式測定を開始します。測定が終わったら、炉を開き、ポリマーサンプルを機械から取り出します。浸漬試験用のポリマー試料の実際の厚さを測定するには、まず001ミリメートルの精度でキャリパーでサンプルを測定し、サンプル名、説明、サンプルジオメトリをソフトウェアに入力します。上部グリップにクランプを固定した浸漬ビーカーでセットアップを準備し、荷重ギャップを15ミリメートルに設定します。試料を積み込み、試料を中央に配置し、クランプを締めます。浸漬浴を底面に置き、しっかりとしっかり止めなさい。その後、室温PBSでお風呂を満たします。蓋を浴槽の上に置き、炉を閉じ、すぐに浸漬測定を開始し、ドレインが閉じていることを確認する。柔らかさの全範囲がキャプチャされるように、ビーカーをPBSで満たした後、できるだけ早く測定を開始することが重要です。測定が終わったら、ドレインを開けて浸漬浴からPBSを取り除き、炉を開きます。次に、ビーカーから蓋を取り外し、浸漬ビーカーを緩めて持ち上げ、ポリマーサンプルを機械から取り外します。プロトコルの温度時間測定モードを使用すると、異なるポリマー製剤の軟化プロファイルを比較することができます。PBSでのドライダイナミックな機械的解析測定と浸漬測定を組み合わせることで、ガラス転移温度の下降とモジュラス曲線の全体的なダウンシフトによって示されるように、異なるポリマー製剤の水誘導可塑化の評価が可能になります。in vivoアプリケーション用のポリマーの軟化は、乾燥ポリマーが体温より上のガラス転移温度を有するが、湿潤状態の温度を下回る場合に最も効果的に働く。したがって、ポリマーの係数は、生理学的条件下での浸漬時にガラス状からゴム状の弾性率に低下する。ポリマーの乾燥状態と湿潤状態の両方のガラス転移温度が体温を大きく上回ると、生理学的条件下ではポリマーが軟化しない。この方法により、他の環境での生体材料の挙動を模倣するために、PBSを他の関連するソリューションに置き換えることができます。

Research

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Correlative Microscopy for 3D Structural Analysis of Dynamic Interactions

ダイナミックな相互作用の3次元構造解析のための相関顕微鏡

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In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

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Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

Microbiologically Induced Calcite Precipitation Mediated by Sporosarcina pasteurii

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微生物学的に誘導された方解石沈殿がによって媒介されます<em&gt;スポロサルシナパステウリイ</em

The particular bacterium under investigation here (S. pasteurii) is unique in its ability, under the right conditions, to induce the hydrolysis of urea ...

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