We would like to thank the funding from Medical Research Council and Action Medical Research, which provided MG with a clinical fellowship, GN 2339, to conduct this work.

Bu protokol, insan dokusunun kullanılması, depolanması ve bertaraf edilmesi ile ilgili bizim kurumun insan araştırma etik kurul kurallar etik kuralları takip eder. İnsan doku örnekleri, ilgili etik onayları ile araştırma amacıyla razı olan kadavra organlarının eksize edilebilir. Numuneler ayrıca ilgili etik onayı ile cerrahi girişim geçiren razı hastalardan alınan doku atılabilir. Derinin 1. Hazırlık <ol><li> elle yağ dokusu ve neşter bıçak ve forseps kullanılarak derin dermis ince bir tabaka kapalı keserek numuneleri hazırlayın. Bu adım örneklerinin 14 arasında tutarlılığı sağlamak için önemlidir. </li><li> Standart numune boyutu Kısmi kalınlıkta deri elde edilen levha kesti (örneğin, 5 cm örneklerin x 1 cm). test düzeneğinin boyutlarına dayalı örnek boyutunu belirler. Doku mühendisliği yapısı, aynı zamanda test ediliyorsa, specimen boyutu ilgi 14 malzemesi için uygun olmalıdır. Uygun kesici bidonlarına neşter bıçak atınız. </li><li> mekanik hesaplamalar tamamlanmasını sağlamak için, cilt kalınlığı öncesi ve mekanik testlerden sonra elektronik kaliperler kullanılarak test edilen ölçün. </li></ol> 2. Çekme Testi NOT: Tüm malzemeler test makineleri test öncesinde üreticinin talimatlarına göre kalibre edilmelidir. <ol><li> Oda sıcaklığında (22 ° C), 14 bir malzeme test makinesi (Şekil 2A) ile tek eksenli çekme Test deri numuneleri. </li><li> Tüm örneklerde (örneğin, dikey veya in-line Langer Lines ile (topolojik çizgiler insan vücudunun bir harita üzerinde çizilen ve dermis kollajen liflerinin) doğal yönelimi atıfta) 14 için aynı yönde cilt örnekleri yönlendirmek. </li><li> (A co iki kelepçe arasındaki örnek hareketsizmmercial jig), bir 98.07 N yük hücresi yapıştırılmış bir ve bir taşınmaz taban plakasına 14 diğer. Tek eksenli çekme test kelepçeler arasında ortaya çıkan alanı 1 cm x 4 cm (Şekil 2) az olmalıdır. NOT: Bir ticari jig test etmeden önce örnek homojen olmayan kavrama ve zarar görmesini önlemek için kullanılmıştır. Örnek bir &quot;parmak sıkı&quot; sıkılığını sabitlenir. </li><li> örnek kuruma önlemek için vazelin ile her iki tarafta (aparat yerleştirildikten sonra) numune alanı kapsayacak. </li><li> aşağıdaki gibi eylemlerin listesi olarak yazılım içine rejimi test çekme yükleme ve rahatlama Program: Sıfır Yük | Sıfır Pozisyonu | İletişim (Çekme yükleme) bul | (Gevşeme) bekleyin. </li><li> yazılım programıyla testi başlatın. 1 mm / s 29.42 N gerilim altında örnek yükleyin. Cildin bozulmasına neden olmayan bir oran ve yük kullanın (örneğin, 29.42 N 1 mm / s). </li><li> 29.42 N yük ulaşıldıktan sonra, doku dinlenmek için izin1.5 saat boyunca, bir zaman noktası, bilgisayar yazılımı tarafından kontrol edilen 14 gevşeme davranışı çok az bir değişiklik yoktur. Not: deplasman gevşeme fazında değil, yük sırasında sabit tutulur. </li><li> Analiz bölümü kurallarına göre elastik ve viskoelastik özelliklerini hesaplamak. Incelenen mekanik özellikler Kısmi kalınlıkta deri bileşenlerinin (epidermis ve dermis) 14 ortalama özelliklerini temsil edecek. Not: deformasyonu ortaya çıkar ve bu nedenle sadece bu veri noktaları içerdiği ham verilerden açıkça görüldüğü gibi, tanımlı bir dara yükü vardır. </li></ol> Kıkırdak 3. hazırlanması <ol><li> Bir neşter bıçak ve forseps 15, 16 kullanılarak kıkırdak örnekten cilt ve kaplamasını çıkarın. </li><li> Bir neşter bıçak ve forseps kullanarak standart bir örneklem büyüklüğü (örneğin, 1.5 cm blok) içine kıkırdak örnekleri bölün. Tüm örnekler için, bir semicircu kullanımılar şeklinde batıcı (Şekil 2B) bir çapa ve kıkırdak örnek büyüklüğü en az 8 kat daha fazla kalınlığa sahiptir. Bu oran batıcı örnek hazırlama 15 herhangi bir kenar etkilerinden etkilenmez sağlar. Uygun kesici bidonlarına neşter bıçak atınız. </li><li> Mekanik hesaplamalar tamamlanmasını sağlamak için, mekanik test 15, 16 öncesi ve sonrası elektronik kaliperler kullanılarak yüklenecek kıkırdak kalınlığını ölçmek. </li></ol> 4. Basınç Girinti Testi <ol><li> Oda sıcaklığında sulu bir ortam içinde, bir malzeme test makinesi kullanılarak kıkırdak örnekleri sıkıştırın. Örnek hidre olmasını sağlamak için önce ve sıkıştırılma testi sırasında fosfat-tamponlanmış tuzlu su (PBS) ile kıkırdak örnek kapak. NOT: PBS tam fizyolojik ortam eşleşmiyor, ancak malzeme ve dokular hem olmak com veriyor16 eşit 15 karşılaştırıldı. </li><li> Yüzey indenter dik yani kıkırdak örnek yönlendirmek. Bu sıkıştırma tek eksenli olmasını sağlar ve herhangi bir kayma yükleme 15 sınırlar. </li><li> aşağıdaki gibi eylemlerin listesi olarak yazılım içine rejimi test basınç yükleme ve rahatlama Program: Sıfır Yük | Sıfır Pozisyonu | İletişim (Basınç yükleme) bul | (Gevşeme) bekleyin. </li><li> yazılım programı kullanarak testi başlatın. S 15, 16/1 mm 2,94 N sıkıştırma altında örnek yükleyin. NOT: Bu kıkırdak 15 hem elastik ve viskoelastik özelliklerini tanımlamak için yeterli duyarlı bir tahribatsız yük olarak belirlenmiştir. </li><li> 2.94-N sınıra ulaşıldıktan sonra, kıkırdak 15 dakika dinlenmek için izin bir zaman noktası hangi bilgisayar yazılımı 15, 16 kullanılarak gevşeme davranış minimal değişiklik vardır. NOT: Şekil2C-D insan doku örneklerinin sıkıştırma ve germe testi için tipik bir setini göstermektedir. Aynı protokoller daha sonra yerli doku analiz olmanın biyomekanik özelliklerini eşleştirmek için sentetik biyomalzeme uygulanabilir. Örneğin, Şekil 2E-F yakın sentetik malzemenin biyomekanik özellikleri doğrultusunda, insan dokusunun sıkıştırma ve germe test göstermektedir. </li></ol> Girinti ve Çekme Testi için Young&#39;ın Elastik Modülü 5. Hesaplama <ol><li> Malzeme test cihazının 14-16 zaman (lar), yer değiştirme (mm) ve yük (N) de dahil olmak üzere ham verileri toplayın. </li><li> Şekil 3&#39;te gösterilen formüller kullanılarak baskı (MPa) ve gerilme (%) hesaplanır. NOT: yarı küresel Indenter kesit alanı ile bölünmesi kuvveti, basınç test sırasında kullanılan nominal (ortalama) stres, fakat en yüksek stres verir ise. </li><li> doğrusal bir scatter plot kullanınsuşuna karşı gerilme MPa (y-ekseni) (x ekseni) çizmek için. doğrusal eğri uyum belirleyin. lineer eğri = mx + ilgili bir R değeri b y eşittir. NOT: Tüm veri noktaları minimum R değeri&gt; 0.98 ulaşmak için dahil edilmiştir. M değeri MPa cinsinden gerilime basınç direnci ya da direnç (yani, Young Modülü) gösteren soy üzerindeki gerilme modülü karşılık gelen eğimi vardır. R değeri değil&gt; 0.98 ise, doğrusal viskoelastik davranışını varsayımı geçersiz. </li><li> deformasyona maruz sıvı akışı hesaplanır denge sağlanmaktadır mekanik test ve deney sonunda nihai gerilme seviyesinin son 200 saniye boyunca zamanla stres oranı olan viskoelastik özelliklerini tespit etmek. NOT: süresinin artmasıyla birlikte, stres düzeyi sıvı akışı olarak azalır (dinlenmek) olacak denge 17, 18 ulaşır. Hızlı stres gevşeme tepkisi Indicatörnek 17, 18 içinde yüksek rahatlık muhafaza etmek zordur es. </li></ol> 6. Dinlenme Özellikleri <ol><li> doğrusal dağılım grafiği ile ilgili (x-ekseni) zamana karşı MPa (y-ekseni) arsa stresi. </li><li> gevşeme oranını hesaplamak için doğrusal bir eğri uyum belirleyin. lineer eğri = mx + son 200 s ilgili bir değer ile B değişkeni Y eşittir. m değeri gevşeme oranıdır. </li><li> Minimum R değeri&gt; 0.98 elde etmek için tüm veri noktalarını ekleyin. deri için 1.5 saat ve kıkırdak için 15 dakika final gerilme (MPa) son mutlak gevşeme değerdir. </li></ol>

<ol>
	<li>Chan, B. P., Leong, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolding+in+tissue+engineering:+general+approaches+and+tissue-specific+considerations.">Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations.</a> Eur Spine J. 17, 467-479 (2008).</li><li>Nimeskern, L., van Osch, G. J., M&#252;ller, R., Stok, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+evaluation+of+mechanical+properties+in+tissue-engineered+auricular+cartilage.">Quantitative evaluation of mechanical properties in tissue-engineered auricular cartilage.</a> Tissue Eng Part B Rev. 20, 17-27 (2014).</li><li>Shaida, A. M., Kenyon, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nasal+valves:+changes+in+anatomy+and+physiology+in+normal+subjects.">The nasal valves: changes in anatomy and physiology in normal subjects.</a> Rhinology. 38, 7-12 (2000).</li><li>N&#237; Annaidh, A., Bruy&#232;re, K., Destrade, M., Gilchrist, M. D., Ott&#233;nio, M. <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+the+anisotropic+mechanical+properties+of+excised+human+skin.">Characterization of the anisotropic mechanical properties of excised human skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 5, 139-148 (2012).</li><li>Ottenio, M., Tran, D., N&#237; Annaidh, A., Gilchrist, M. D., Bruy&#232;re, 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+and+anisotropy+effects+on+the+tensile+failure+characteristics+of+human+skin.">Strain rate and anisotropy effects on the tensile failure characteristics of human skin.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 41, 241-250 (2015).</li><li>Silver, F. H., Freeman, J. W., DeVore, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+properties+of+human+skin+and+processed+dermis.">Viscoelastic properties of human skin and processed dermis.</a> Skin Res Technol. 7, 18-23 (2001).</li><li>Karimi, A., Navidbakhsh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+uniaxial+mechanical+properties+of+rat+skin+using+different+stress-strain+definitions.">Measurement of the uniaxial mechanical properties of rat skin using different stress-strain definitions.</a> Skin Res Technol. 21, 149-157 (2015).</li><li>Wilkes, G. L., Brown, I. A., Wildnauer, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanical+properties+of+skin.">The biomechanical properties of skin.</a> CRC Crit Rev Bioeng. 1, 453-495 (1973).</li><li>Hussain, S. H., Limthongkul, B., Humphreys, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanical+properties+of+the+skin.">The biomechanical properties of the skin.</a> Dermatol Surg. 39, 193-203 (2013).</li><li>Smith, C. D., Masouros, S., Hill, A. M., Wallace, A. L., Amis, A. A., Bull, M. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+testing+of+intra-articular+tissues.+Relating+experiments+to+physiological+function.">Mechanical testing of intra-articular tissues. Relating experiments to physiological function.</a> Current orthopaedics. 22, 341-348 (2008).</li><li>Korhonen, R. K., S, S. a. a. r. a. k. k. a. l. a., Klika, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomechanics and Modeling of Skeletal Soft Tissues, Theoretical Biomechanics. , (2011).</li><li>Lu, X. L., Mow, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanics+of+articular+cartilage+and+determination+of+material+properties.">Biomechanics of articular cartilage and determination of material properties.</a> Med Sci Sports Exerc. 40, 193-199 (2008).</li><li>Xia, Y., Zheng, S., Szarko, M., Lee, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+Properties+of+Bovine+Nasal+Cartilage.">Anisotropic Properties of Bovine Nasal Cartilage.</a> Micros Res Tech. 75, 300-306 (2012).</li><li>Wood, J. M., Soldin, M., Shaw, T. J., Szarko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biomechanical+and+histological+sequelae+of+common+skin+banking+methods.">The biomechanical and histological sequelae of common skin banking methods.</a> J Biomech. 47, 1215-1219 (2014).</li><li>Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+characterisation+of+the+human+nasal+cartilages;+implications+for+tissue+engineering.">Biomechanical characterisation of the human nasal cartilages; implications for tissue engineering.</a> J Mater Sci Mater Med. 27, 11 (2016).</li><li>Griffin, M. F., Premakumar, Y., Seifalian, A. M., Szarko, M., Butler, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+chacterisation+of+human+auricular+cartilages;+implications+for+tissue+engineering.">Biomechanical chacterisation of human auricular cartilages; implications for tissue engineering.</a> Annals of biomedical Engineering. , (2016).</li><li>Shrive, N. G., Frank, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Articular+Cartilage.">Articular Cartilage.</a> Biomechanics of the Musculo-Skeletal System. , 86-106 (1999).</li><li>Fung, Y. 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> Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. 568, (1993).</li><li>Hultkrantz, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ueber die Spaltrichtungen der Gelenkknorpel. Verhandlungen der Anatomischen Gesellschaft. , (1898).</li><li>Cheng, S., Clarke, E. C., Bilston, L. E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+preconditioning+strain+on+measured+tissue+properties.">The effects of preconditioning strain on measured tissue properties.</a> Biomech. 42, 1360-1362 (2009).</li><li>Mow, V. C., Ratcliffe, A., Mow, V. C., Hayes, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+Function+of+Articular+Cartilage+and+Meniscus.">Structure and Function of Articular Cartilage and Meniscus.</a> Basic Orthopaedic Biomechanics. , 113-178 (1997).</li><li>Tavakol, 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> Proteoglycan &amp; Collagen degrading activities of neural proteases from fresh and cryopreserved articular cartilage explants and the chondrocytes. An in vitro biochemical study. , (1989).</li><li>Smeathers, J. E., Vincent, J. F. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cartilage+and+Joints.">Cartilage and Joints.</a> Biomechanics: Materials. , 99-131 (1992).</li><li>Smith, C. L., Mansour, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indentation+of+an+Osteochondral+Repair:+Sensitivity+to+Experimental+Variables+and+Boundary+Conditions.">Indentation of an Osteochondral Repair: Sensitivity to Experimental Variables and Boundary Conditions.</a> J Biomech. 33, 1507-1511 (2000).</li><li>Niederauer, G. G., Niederauer, G. M., Cullen, L. C., Athanasiou, K. A., Thomas, J. B., Niederauer, M. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+Cartilage+Stiffness+to+Thickness+and+Level+of+Degeneration+Using+a+Handheld+Indentation+Probe.">Correlation of Cartilage Stiffness to Thickness and Level of Degeneration Using a Handheld Indentation Probe.</a> Ann Biomed Eng. 32, 352-359 (2004).</li><li>Ball, S. T., Amiel, A. D., Willaims, S. K., Tontz, W., Chen, A. C., Sah, R. L., Bugbee, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effects+of+Storage+on+Fresh+Human+Osteochondral+Allografts.">The Effects of Storage on Fresh Human Osteochondral Allografts.</a> Clin Orthop Relat Res. 418, 246-252 (2004).</li><li>Park, S., Hung, C. T., Ateshian, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+response+of+bovine+articular+cartilage+under+dynamic+unconfined+compression+loading+at+physiological+stress+levels.">Mechanical response of bovine articular cartilage under dynamic unconfined compression loading at physiological stress levels.</a> Osteoarthritis Cartilage. 12, 65-73 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to declare.

Çeşitli çekme ve girinti protokolleri insan yumuşak dokuları karakterize etmek yayınlanmıştır. Biz daha tanı ve tahribatsız olmayı hedefleyen başka bir yöntem, sağlamıştır. dönüştürücüler yerinden daha yüklemek için daha duyarlı olarak bu protokolde mekanik test uygulanan numuneler, yük yerine değiştirmesi ile sınırlıdır. Bu nedenle, deney çoğaltım doku ve sentetik malzemeler arasında daha kesin olabilir. Bu tekniği kullanarak, deri dokusu ve kıkırdak doku analiz etmek için bir çentik protokolü değerlendirmek için bir çekme protokolü gösterilmiştir. Her iki protokol uygulanması kolay ve basit ve insan yumuşak dokular ve doku mühendisliği yapılarının karakterizasyonu için değerlendirilebilir. analizi için uygun olan bir gerilme-gevşeme eğrisi elde etmek için yöntem hayati adımlardan bir numune, test sırasında kaymaz sağlamaktır. Yeterli tespit requir olduğunuEd, ancak bu örneklerin herhangi bir strese neden olan ve batıcı bir kesme yüklenmesini engellemek için yüzeye dik sağlamak karşı dengelenmelidir. Doku bileşimi hem de boyut ve şekli örnekler arasında benzer kritiktir. kıkırdak için, tekrarlanabilir diseksiyon protokolü ve örnek boyutları kullanmak hayati önem taşımaktadır. Cilt numuneleri için, bir tekrar edilebilir numune elde etmek için tüm deri altı doku kaldırmak için hayati önem taşımaktadır. Uygun olması halinde, tüm numuneler için, numunenin koşulları, hidrasyon, oda sıcaklığında, ve çözme işlemi de dahil olmak üzere, aynı olmasını sağlamak için de önemlidir. sunulan protokollere bazı sınırlamalar vardır. Çalışmalar deri ve kıkırdak deformasyon özellikleri numune yönelimi 13 bağımlı olduklarını ileri sürmüşlerdir. Cilt kadar geri 19. yüzyılda olduğu gibi, Langer ile gösteren 1861 yılında cildin doğal hatlara sahip olduğu anizotropik olduğu kabul edilmiştirgerilimi, Langer hatları 4 olarak anılacaktır. Cilt örnekleri karakterize Böylece, bir metodoloji önyargı 4 almaktan kaçınması Langer Hatları paralel veya dik tüm örnekleri yönlendirmek önemlidir. Kıkırdak da anizotropik özellikleri gösterir ve Langer hatlarına eşdeğer Hultkrantz hatları içerir, bu nedenle kıkırdak 12, 19 yüklendiği yönde göre farklı deforme olabilir. Nedenle, farklı yönlerde kıkırdak testleri için izin vermek için örnek boyutunu artırmak için önemlidir. doku biyomekanik özellikleri de yaş ve cinsiyet ile değişir gibi çalışmalar klinik ortama geçerliliğini korumak için bir temsilci hasta kohort ile yapılmalıdır. Ayrıca, bazı mekanik protokoller doku doku sonraki mekanik testler 20 için istikrarlı bir devlet olmasını sağlamak için döngüsel yükleme uğrar önkoşullanma, savunuyoruz. p Bununla birlikte, tam bir mekanizmaİşleme belirsizdir ve tutarlı ve tekrarlanabilir yanıt üretmek için gerekli döngü tam sayısı farklı çalışmalarda 20 değişir. Olsun veya olmasın düşünmelisiniz araştırmacı belirli biyomekanik testi 20 performans nedenini değerlendirdikten sonra önkoşullanma dahil etmek. Epidermis, dermiş ve deri altı 4: Deri üç katmana ayrılır, kompleks, çok-tabakalı malzeme olup. Cilt dokusunun mekanik özellikleri en son in vivo değerlendirmelerinin 4 kullanılarak değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, çekme test protokolleri çıkarılan cilt 4 deri biyomekanik anlamak için kullanılabilir. Bu tür testler sınır koşulları 4 tanımlanabilir çünkü, gerilme-şekil değiştirme ilişkileri modellemek için bilgi verebilir. Tipik haliyle, in vitro test rejimleri, in vivo sistem kullanımı ise, başarısızlığa malzemeyi tanımlamak için büyük zorlamalara kullanımıDüşük suşu 4 arasında değişmektedir. Gerilim çıkarılan cilt için biyomekanik değerleri karşılaştırıldığında, Mpa 4 2.9-150 arasında değişen, farklı çalışmalar arasında büyük bir değişkenlik var. konular arasında büyük farklılıklar nedeniyle doğal biyolojik çeşitliliği bekleniyor, ancak protokol rejimlerde farklılıklar da bu doğal biyolojik farklılıklar bileşik olabilir. fazla yükleme oranları daha yüksek bir sertlik ile sonuçlanan, sıvı dışarı akması için daha az zaman neden Örneğin, protokoller arasındaki yükleme oranlarında farklılıklar varyasyonu neden olur. Cilt dokusunun hazırlanması, çıkarılması ve taşıma protokolleri de mekanik özelliklerinde 4 farklılıklara neden olur. Test cilt için gösterilen Bu protokol, araştırmacılar deri dokusu karakterize etmek için alternatif bir yöntem sağlar. Cildin daha büyük bir anlayış için izin bir mekanik test cilt dokusunun elastik ve viskoelastik özelliklerini belirlemek için yeteneği dahil olmak üzere birkaç avantajı sağlarKısa bir miktarda elde edildi. Bundan başka, aynı test doğal deri benzer biyomekanik özellikleri olan yapıları imal etmek için doku mühendisliği değiştirmeler uygulanabilir. Girinti test kıkırdak 21 biyomekanik anlamak için sınırlı sıkıştırma testi ile karşılaştırıldığında cazip bir seçenek sunar. Girinti kıkırdak fizyolojik yapısını korumak yeteneğine sahiptir ve bu nedenle klinik bir ortamda bu taklit değerler sağlar. girinti kullanılarak, hala alttaki kemiğe ise kıkırdak test etmek de mümkündür. Girinti, aynı zamanda in vivo kıkırdak fizyolojik test sağlar. İki kıkırdak yüzeyleri birbirine yaklaştığınızda basınç deformasyon 21, 17 oluştuktan sonra nedeniyle temas alanı altında suya temas &quot;şişkinlik&quot; alanını çevreleyen kenarları yanal olarak yerinden. Kıkırdak girinti, bir in ile yapılmalıdırBenzer şişkin izin vermek için kıkırdak örnek daha küçük bir yarıçap ile Denter. Indenter boyutu da belirsiz bir numunenin 22 parçası imiş gibi kıkırdak tepki sağlamak için en az 8 kat örnek büyüklüğü olmalıdır. Numune çapı yarıçap numune oluşturma bulunan herhangi bir kenar etkilerini ortadan kaldırır daha küçük bir kenar kullanma. Buna ek olarak, girinti örnek çıkarma zarar kıkırdak kusurları test kaynaklanan olası deneysel hataların önüne geçer. Girinti da kıkırdak küçük, ince parçalar izin gibi sınırlı sıkıştırma gibi derin numune hazırlama, içermez, 21 17 test edilecek. Ayrıca, girinti tahribatsız yöntem doğrulama ve onaylama çalışmaları sonrasında bir tanı aracı yapılmıştır gibi klinik ortamda potansiyel bir uygulama olduğu anlamına gelir. Kullanıcı approp için emin olmalıdır girinti ile önemli varsayımlar vardıryaklaşımlarına yön ile sonuçlanır. Girinti yükleme kritik bir sınır şartı 23, 24 (yüzey uzakta indenter gelen deforme olmadığını, yani) indenter ve kıkırdak yüzeyi arasındaki sürekli temas gerektirir. Girinti yükleme ayrıca kıkırdak yüzeyi ve indenter arasındaki temas çentikleyici yüzeyi ile temas halinde olduğunu, yani (tahribatsız ama yüzey boyunca gitmez farz sınır koşulu kapsar; kıkırdak yüzeyi altında başarısız olmamalıdır indenter) 25-26. Araştırmalar, bu sınır koşulu kıkırdak yüzeyinde 25, 26 tatbik edildiği zaman zarar görmüş alanların boyayacaktır Hindistan mürekkebi, kullanılarak kontrol edilebilir olduğunu göstermiştir. Bir başka sınır koşulu batıcı numunesinin yüzeyine dik kıkırdak sıkıştırır varsayar. sıkıştırma dik yönelimi önemli bir sınır koşul olduğunuition kesme bileşenleri neden ve mekanik yükleme değişebilir kaymasına neden olabilir, halkalı yükleme kullanılarak, özellikle bir açıyla sıkıştırarak çünkü. Dikkatli test cihazları kurmak yoluyla Bu durum sağlanabilir. özetlenen protokoller ilgi yumuşak doku için optimize edildikten sonra araştırmacılar ilgi doku dinamik test içine bakmak için, yararlı olacaktır. Örneklerin uygun döngüsel yükleme gibi taklit yürüyüş veya diğer tekrarlayan hareketler 27 gibi normal fizyolojik sınırlar ve davranışlarını taklit etmelidir. Özetle, bu rapor, insan dokuları değerlendirmek için basit mekanik test protokolleri göstermektedir. Bu protokolleri uygulamak daha doğal dokuyu taklit etmek doku mühendisliği yapıları sağlayan dokuların biyomekanik özellikleri hakkında önemli bilgiler verecektir.

çeşitli organ nakilleri başarısız ya da yaralı organların tedavi için hastalar giderek bekliyor. Ancak, uygun donör organların sıkıntısı, rejeneratif tıp son dönem organ yetmezliği olan hastalar için alternatif çözümler oluşturmak hedefliyor. Rejeneratif tıp gibi kıkırdak ve deri gibi yumuşak dokularda da dahil olmak üzere doku ikame olarak hareket etmek mühendislik malzemelerinin bu klinik ihtiyacını karşılamayı hedefliyor. Hasarlı dokuların yeniden başarılı bir malzeme oluşturmak için, yedek malzemesi 1-2 yerine gidiyor yerli dokusunun özelliklerini taklit etmelidir. Ameliyatla takılan kez, malzeme, doku defekti anatomik şekil vermeniz gerekecektir ve bu nedenle, malzemenin mekanik özellikleri 1 hayati önem taşımaktadır. Örneğin, auricular kıkırdağı yerine bir malzeme örten cilt 2 ile sıkıştırma önlemek için uygun mekanik özelliklere sahip olmalıdır. Benzer şekilde, bir malzeme burun araba yerinetilage 3 nefes sırasında çöken önlemek için yeterli mekanik özelliklere sahip olmanız gerekir. Bununla birlikte, implantasyon için malzeme üretim mekanik özellikleri önemine rağmen, çok az kanıt, farklı insan dokularında mekanik özelliklerin belirlenmesi konularına odaklanmıştır. Mekanik testler rejimleri bükme Baskı, çekme kurmak için kullanılabilir veya bir dokunun kesilme özellikleri olabilir. Cilt son derece anizotropik, viskoelastik ve neredeyse sıkıştırılamaz malzeme 4-9 olduğunu. Genel olarak çıkarılan cilt yükü ve uzama 4-9 kaydedilir ise bir deri uygun şekilli şeridin her iki uçta da kavranır ve gerilir tek eksenli çekme yöntemleri kullanılarak test edilir. Tüm yumuşak dokularda ana bileşeni doku arası su olduğu için, kıkırdak mekanik müdahale doku 10-11 arasında sıvı akışına kuwetli şekilde ilişkili olmasından. Böyle kıkırdak h gibi yumuşak dokulargeleneksel sıkıştırma testi kullanılarak test edilmiştir ave. Sıkıştırma test yöntemleri sınırlı, serbest ve girinti olarak en yaygın (Şekil 1), oldukça çeşitlidir. sınırlı sıkıştırma içinde, bir kıkırdak numune konur geçirimsiz, içi sıvı dolu gözenekli bir plaka ile iyi ve yüklendi. De gözeneksiz olduğu kıkırdak dikey yönde 12-13 olmasına rağmen akar. Serbest basınç, kıkırdak 12-13 baskın olarak, radyal olarak sıvı akışını zorlayarak, gözeneksiz bir bölme üzerine gözeneksiz bir plaka kullanılarak yüklenir. Girinti kıkırdak 12-13 biyomekanik özelliklerini değerlendirmek için en sık kullanılan yöntemdir. Bu, test edilen numunenin yüzeyinden daha küçük bir ucu, oluşur, bu numune üzerine aşağı getirilir. Girinti enabli bu girinti yerinde gerçekleştirilebilir Aslında, aşağıdakileri içeren sıkıştırma ile ilgili diğer yöntemler üzerinde birçok avantajı vardırTesti ng (Şekil 1) 12-13 daha fizyolojik olması. Bir dokunun basınç ve çekme özelliklerini anlamak için, Young elastik modül tipik haliyle numune boyutunun 12 bağımsız olarak, basınç veya germe elastik direnci gösteren, stres-gerilme eğrisinin doğrusal bölümü analizi ile hesaplanır. Hem çekme ve basma test rejimleri yük veya deformasyon uygulanan ve her ikisi de bu tür parametrelerin oranına göre değişebilir. Şu anda, son derece zor yorumlamak veya farklı çalışmaların 6-13 sonuçlarını karşılaştırmak için yapar, doku mekaniği değerlendirmek için birçok farklı test protokolleri vardır. Ayrıca, birçok mekanik yöntemler şu anda yıkıma numune test ederek doku mekanik özelliklerini karakterize odaklanmak. Biz insan doğrudan, tahribatsız karşılaştırma sağlayan bir girinti ve çekme protokol göstermektedir hedefliyoruzyumuşak dokular ve doku mühendisliği yapıları. Biz yine de henüz stres mekanik testler sınırlar sıkıştırma ve gerginlik Young elastik modülü elde bir yöntem ortaya koymaktadır. Örnek belirli bir değere ya da çekme ya gerilir, ve seçilen gerilim değeri ulaşıldıktan sonra, numune tüm veriler kaydedilir iken serbest bırakılır. Bu yöntem, sentetik malzeme ile doğrudan tatbik edilebilir, aynı test içinde doku, viskoelastik ve dinlenme özellikleri de yakalar. Biz girinti protokolü kullanılır cilt ve kıkırdak 14-16 dahil olmak üzere insan yumuşak dokuların, değerlendirmek. Kıkırdak girinti testi kullanılarak değerlendirildi ve cilt gerginliğini 14-16 test kullanılarak değerlendirilir. Araştırmacılar bu protokolleri hayata düşünebiliriz insan yumuşak dokularda benzer özelliklere sahip malzemeler mühendisi amaçlayan.

<table><tbody><tr><td>Digitial Vernier Calipers</td><td>Machine Mart</td><td>40218046</td><td>Digitial vernier caliper is used to measure sample thickness.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Water Bath&amp;nbsp;</td><td>Cole Parmer</td><td>UY-12504-94</td><td>StableTemp Digital Water Bath Flask Holder used to defrost tissues samples if they are frozen.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mach-1 Material Testing Machine</td><td>Biomomentum&amp;nbsp;</td><td>V500c</td><td>Mechanical Testing Machine used to test the mechancial properties of the tissues.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Scalpel Blade&amp;nbsp;</td><td>VWR</td><td>233-5335</td><td>Scalpel blades using to cut and dissect the tissues.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Forceps&amp;nbsp;</td><td>VWR</td><td>470007-554</td><td>Forceps used to dissect the tissues.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Phosphate Buffered Saline (PBS) pH 7.2</td><td>Life Technologies&amp;nbsp;</td><td>20012019</td><td>PBS is used to hydate the tissue samples&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

biomechanical characterization of human soft tissues using indentation and tensile testing

Rejeneratif tıp değiştirmek veya hasarlı ya da hastalıklı organları geri malzeme mühendisi hedefliyor. onlar yerine hedefliyoruz insan dokuları taklit etmelidir tür malzemelerin mekanik özellikleri; Gerekli anatomik şekli sağlamak için, malzeme kusur yerinde implante zaman yaşayacaksınız mekanik kuvvetleri sürdürmek gerekir. doku mühendisliği iskelelerinin mekanik özellikleri büyük bir öneme sahiptir rağmen işlenmiş malzemelerle restorasyonu maruz çok sayıda insan dokuları tamamen biyomekanik, özelliği edilmemiştir. Çeşitli basınç ve çekme protokolleri malzemelerin değerlendirilmesi için rapor edilmektedir, ancak büyük değişkenlik araştırmaların sonuçları arasında kıyaslama zordur. Dahası, mekanik test, genellikle yıkıcı doğa çalışmaları olduğunu komplike. Doku başarısızlık bir anlayış önemlidir iken, daha Physiol altında elastik ve viskoelastik özellikleri konusunda bilgi sahibi olmak da önemlidirogical yükleme koşulları. Bu rapor, insan yumuşak doku sıkışma ve gerilme özelliklerini değerlendirmek için minimal zarar protokol sağlamaktır. Bu tekniğin örnekleri olarak, deri gerilme testi kıkırdak basınç testi anlatılmıştır. Bu protokoller, doğrudan mekanik özellikleri doğal doku benzer olduğundan emin olmak için, sentetik malzemelere uygulanabilir. Protokoller, uygun doku mühendisliği yerine geçen oluşturmak için bir kriter sağlayacak insan doğal dokusunun mekanik özelliklerini değerlendirmek için.

Şekiller 4 ve 5, girintiler ve çekme testi ile elde edilen veriler örneklerini verir. Şekil 4 insan kıkırdak girinti testi sonrası elde edilen tipik değerleri göstermektedir. Şekil 4A girinti testi sonrası elde edilen tipik bir suşa karşı stres grafiğinin bir örnektir. Hat bir eğri 0.98 (Şekil 4B) en az bir R değeri alana kadar Young Modülü için, tüm değerleri dahildir. m değeri MPa Young Modülünden göstergesidir; Örneğin, bu veriler, kıkırdak 1.76 MPa&#39;lık bir elastisite modülüne sahiptir. Şekil 4C kıkırdağın gevşeme özelliklerini değerlendirmek için zamana karşı stres tipik bir grafiğini göstermektedir. gevşeme oranı son 200 s hesaplanır. Benzer şekilde, gevşeme oranını elde etmek için, MPa bir çizgi eğri uyum m değeri kullanılır. Örneğin, bu veri, bir kıkırdak oranıx 10 -6 8.78 MPa / s (Şekil 4D) gevşeme. gevşeme mutlak son seviye MPa stres son noktasıdır. Örneğin, bu veri setinde, gevşeme mutlak son seviye 0.028 Mpa (Şekil 4D) olacaktır. Şekil 5 çekme testi sonrası cilt dokusunun viskoelastisite nasıl değerlendirileceğini gösterir. Analiz sıkıştırma testi göre gerçekleştirilir. Şekil 5A çekme test protokolü elde edilen tipik bir gerilme-versus-stres arsa gösterir. Çizgi eğri fit 0.98 (Şekil 5B) en az R değeri vardır kadar gerginlik Young Modülü edinmek için, tüm değerleri dahildir. m değeri MPa Young Modülünden göstergesidir; Örneğin, bu veriler, deri 0.62 MPa&#39;lık bir elastisite modülüne sahiptir. Şekil 5C o gevşeme özelliklerini değerlendirmek için zamana karşı bir stres tipik grafiğini göstermektedirf cilt. gevşeme oranı son 200 s hesaplanır. Benzer şekilde, gevşeme oranını elde etmek için, MPa bir çizgi eğri uyum m değeri kullanılır. Örneğin, bu veriler, deri 3.1 x 10 -5 MPa / s (Şekil 5D) ve bir gevşeme oranı vardır. gevşeme mutlak son seviye MPa stres son noktasıdır. Örneğin, bu veri setinde, seviye 0.64 MPa (Şekil 5D) olacaktır. Aynı analiz daha sonra yerel doku olarak biyomekanik özelliklerini eşleştirmek için sıkıştırma ve germe test aşamasında biyo materyalleri analiz etmek için kullanılabilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig1.jpg" /> Şekil 1: Şematik farklı sıkıştırma yöntemleri göstermek için. A. Girinti Testi. Bir yük gözeneksiz kenar işleyici kullanarak kıkırdağın küçük bir alana uygulanır. B. Confined Sıkıştırma. Kıkırdak numunesi geçirimsiz bir sıvı dolu de yerleştirilir. kıkırdak daha sonra gözenekli bir plaka ile yüklenir. de geçirimsiz olduğu için, kıkırdak boyunca akış sadece dikey yöndedir. C. Serbest Basınç. Kıkırdak ağırlıklı radyal olarak sıvı akışını zorlayarak, gözeneksiz bir bölme üzerine gözeneksiz bir plaka kullanılarak yüklenir. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54872/54872fig2.jpg" /> Şekil 2: mekanik test makinesi Set-up. Test makinesi A. İllüstrasyon. B. sıkıştırma testi analizi için kullanılan indenter İllüstrasyon. C. Kıkırdak sıkıştırma girinti testi kullanılarak analiz edilmektedir. D. Cilt dokusu çekme testi altında analiz edilir. Bir sentetik biyomalzeme E. Çekme testi. F. </strong&gt; bir sentetik biyomalzeme Sıkıştırma testi. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig3.jpg" /> Şekil 3: bir doku ya da doku mühendisliği yapısının sıkışma ve gerilme mekanik özellikler hesaplamak için kullanılan formüller. kuvveti hesaplamak için kullanılan formüller (K), stres (Mpa) ve suşu (%). <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig4.jpg" /> Şekil 4: İnsan kıkırdak sıkıştırma analiz örneği. A. Stres-versus-gerginlik analizi. B. çizgili eğri fit denklemin m değeri MPa Young Elastik Modülü olduğunu. C baskı-zaman analizi gevşeme özelliklerini göstermek için. D. çizgili eğri fit denklemin m değeri gevşeme oranını göstermektedir. nihai birbsolute oranı grafikte son noktasıdır. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54872/54872fig5.jpg" /> Şekil 5: İnsan deri gerilme analizi Örnek. A. Stres-versus-gerginlik analizi. B. çizgili eğri fit denklemin m değeri MPa Young Elastik Modülü olduğunu. C baskı-zaman analizi gevşeme özelliklerini göstermek için. Çizgi eğri fit denklemin D. m değeri gevşeme oranı eşittir. Nihai mutlak oran grafiğinde son noktasıdır.

Watch this Scientific Journal Video about Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing at JoVE.com

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

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.

Girinti ve Çekme Test Kullanarak İnsan Yumuşak Doku biyomekanik Karakterizasyonu

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

biomechanical-characterization-human-soft-tissues-using-indentation

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

31.3K Görüntüleme.  University College London (UCL). 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.

Video: Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Characterization Of Multi-layered Fish Scales (Atractosteus spatula) Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle shells provides unique design principles with potentials for guiding the design of protective materials and systems in the future. Understanding the structure-property relationships for these material systems at the microscale and nanoscale where failure initiates is essential. Currently, experimental techniques such as nanoindentation, X-ray CT, and SEM provide researchers with a way to correlate the mechanical behavior with hierarchical microstructures of these material systems1-6. However, a well-defined standard procedure for specimen preparation of mineralized biomaterials is not currently available. In this study, the methods for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of A. spatula using nanoindentation, FTIR, SEM, with energy-dispersive X-ray (EDX) microanalysis, and X-ray CT are presented.

Characterization Of Multi-layered Fish Scales Atractosteus spatula Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

This paper presents the methods used for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of Atractosteus spatula (A. spatula) using nanoindentation, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray computed tomography (X-ray CT). The experimental results have been used to investigate the design principles of protective biological materials.

Çok katmanlı Balık Ölçekler (Of Karakterizasyonu<em&gt; Atractosteus spatula</em&gt;) Nanoindentation, X-ray CT, FTIR ve SEM kullanma

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle ...

Biyomühendislik

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. brain, liver, tendon, fat, etc.) when exposed to high strain rates. This study utilized a Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) to generate strain rates of 100-1,500 sec-1. The SHPB employed a striker bar consisting of a viscoelastic material (polycarbonate). A sample of the biomaterial was obtained shortly postmortem and prepared for SHPB testing. The specimen was interposed between the incident and transmitted bars, and the pneumatic components of the SHPB were activated to drive the striker bar toward the incident bar. The resulting impact generated a compressive stress wave (i.e. incident wave) that traveled through the incident bar. When the compressive stress wave reached the end of the incident bar, a portion continued forward through the sample and transmitted bar (i.e. transmitted wave) while another portion reversed through the incident bar as a tensile wave (i.e. reflected wave). These waves were measured using strain gages mounted on the incident and transmitted bars. The true stress-strain behavior of the sample was determined from equations based on wave propagation and dynamic force equilibrium. The experimental stress-strain response was three dimensional in nature because the specimen bulged. As such, the hydrostatic stress (first invariant) was used to generate the stress-strain response. In order to extract the uniaxial (one-dimensional) mechanical response of the tissue, an iterative coupled optimization was performed using experimental results and Finite Element Analysis (FEA), which contained an Internal State Variable (ISV) material model used for the tissue. The ISV material model used in the FE simulations of the experimental setup was iteratively calibrated (i.e. optimized) to the experimental data such that the experiment and FEA strain gage values and first invariant of stresses were in good agreement.

The current study prescribes a coupled experiment-finite element simulation methodology to obtain the uniaxial dynamic mechanical response of soft biomaterials (brain, liver, tendon, fat, etc.). The multiaxial experimental results that arose because of specimen bulging obtained from Split-Hopkinson Pressure Bar testing were rendered to a uniaxial true stress-strain behavior when simulated through iterative optimization of the finite element analysis of the biomaterial.

Yumuşak Biyomalzeme Yüksek Deformasyon Hızı Mekanik Tepki değerlendirilmesi için Coupled Deney-sonlu Eleman Modelleme Metodolojisi

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

Atomik Kuvvet Mikroskobu Konsol Tabanlı Nanogirinti: Hava ve Sıvıda Nanoölçekte Mekanik Özellik Ölçümleri

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

Mühendislik

Characterizing Multiscale Mechanical Properties of Brain Tissue Using Atomic Force Microscopy, Impact Indentation, and Rheometry

To design and engineer materials inspired by the properties of the brain, whether for mechanical simulants or for tissue regeneration studies, the brain tissue itself must be well characterized at various length and time scales. Like many biological tissues, brain tissue exhibits a complex, hierarchical structure. However, in contrast to most other tissues, brain is of very low mechanical stiffness, with Young&#39;s elastic moduli E on the order of 100s of Pa. This low stiffness can present challenges to experimental characterization of key mechanical properties. Here, we demonstrate several mechanical characterization techniques that have been adapted to measure the elastic and viscoelastic properties of hydrated, compliant biological materials such as brain tissue, at different length scales and loading rates. At the microscale, we conduct creep-compliance and force relaxation experiments using atomic force microscope-enabled indentation. At the mesoscale, we perform impact indentation experiments using a pendulum-based instrumented indenter. At the macroscale, we conduct parallel plate rheometry to quantify the frequency dependent shear elastic moduli. We also discuss the challenges and limitations associated with each method. Together these techniques enable an in-depth mechanical characterization of brain tissue that can be used to better understand the structure of brain and to engineer bio-inspired materials.

We present a set of techniques to characterize the viscoelastic mechanical properties of brain at the micro-, meso-, and macro-scales.

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

To design and engineer materials inspired by the properties of the brain, whether for mechanical simulants or for tissue regeneration studies, the brain ...

Nörobilim

Micro-Mechanical Characterization of Lung Tissue Using Atomic Force Microscopy

Matrix stiffness strongly influences growth, differentiation and function of adherent cells1-3. On the macro scale the stiffness of tissues and organs within the human body span several orders of magnitude4. Much less is known about how stiffness varies spatially within tissues, and what the scope and spatial scale of stiffness changes are in disease processes that result in tissue remodeling. To better understand how changes in matrix stiffness contribute to cellular physiology in health and disease, measurements of tissue stiffness obtained at a spatial scale relevant to resident cells are needed. This is particularly true for the lung, a highly compliant and elastic tissue in which matrix remodeling is a prominent feature in diseases such as asthma, emphysema, hypertension and fibrosis. To characterize the local mechanical environment of lung parenchyma at a spatial scale relevant to resident cells, we have developed methods to directly measure the local elastic properties of fresh murine lung tissue using atomic force microscopy (AFM) microindentation. With appropriate choice of AFM indentor, cantilever, and indentation depth, these methods allow measurements of local tissue shear modulus in parallel with phase contrast and fluorescence imaging of the region of interest. Systematic sampling of tissue strips provides maps of tissue mechanical properties that reveal local spatial variations in shear modulus. Correlations between mechanical properties and underlying anatomical and pathological features illustrate how stiffness varies with matrix deposition in fibrosis. These methods can be extended to other soft tissues and disease processes to reveal how local tissue mechanical properties vary across space and disease progression.

The stiffness of the extracellular matrix strongly influences multiple behaviors of adherent cells. Matrix stiffness varies spatially throughout a tissue, and undergoes modification in various disease conditions. Here we develop methods to characterize spatial variations in stiffness in normal and fibrotic mouse lung tissue using atomic force microscopy microindentation.

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Akciğer Doku Mikro-Mekanik Karakterizasyonu

Matrix stiffness strongly influences growth, differentiation and function of adherent cells1-3.  On the macro scale the stiffness of tissues and organs ...

Biyoloji

Application of Atomic Force Microscopy to Detect Early Osteoarthritis

Biomechanical properties of cells and tissues not only regulate their shape and function but are also crucial for maintaining their vitality. Changes in elasticity can propagate or trigger the onset of major diseases like cancer or osteoarthritis (OA). Atomic force microscopy (AFM) has emerged as a strong tool to qualitatively and quantitatively characterize the biomechanical properties of specific biological target structures on a microscopic scale, measuring forces in a range from as small as the piconewton to the micronewton. Biomechanical properties are of special importance in musculoskeletal tissues, which are subjected to high levels of strain. OA as a degenerative disease of the cartilage results in the disruption of the pericellular matrix (PCM) and the spatial rearrangement of the chondrocytes embedded in their extracellular matrix (ECM). Disruption in PCM and ECM has been associated with changes in the biomechanical properties of cartilage. In the present study we used AFM to quantify these changes in relation to the specific spatial pattern changes of the chondrocytes. With each pattern change, significant changes in elasticity were observed for both the PCM and ECM. Measuring the local elasticity thus allows for drawing direct conclusions about the degree of local tissue degeneration in OA.

We present a method to investigate early osteoarthritic changes at the cellular level in articular cartilage by using atomic force microscopy (AFM).

Erken Osteoartrit tespit etmek için Atomik Kuvvet Mikroskobu Uygulaması

Biomechanical properties of cells and tissues not only regulate their shape and function but are also crucial for maintaining their vitality. Changes in ...

Experimental and Data Analysis Workflow for Soft Matter Nanoindentation

Nanoindentation refers to a class of experimental techniques where a micrometric force probe is used to quantify the local mechanical properties of soft biomaterials and cells. This approach has gained a central role in the fields of mechanobiology, biomaterials design&#160;and tissue engineering, to obtain a proper mechanical characterization of soft materials with a resolution comparable to the size of single cells (&#956;m). The most popular strategy to acquire such experimental data is to employ an atomic force microscope (AFM); while this instrument offers an unprecedented resolution in force (down to pN) and space (sub-nm), its usability is often limited by its complexity that prevents routine measurements of integral indicators of mechanical properties, such as Young&#39;s Modulus (E). A new generation of nanoindenters, such as those based on optical fiber sensing technology, has recently gained popularity for its ease of integration while allowing to apply sub-nN forces with &#181;m spatial resolution, therefore being suitable to probe local mechanical properties of hydrogels and cells.
In this protocol, a step-by-step guide detailing the experimental procedure to acquire nanoindentation data on hydrogels and cells using a commercially available ferrule-top optical fiber sensing nanoindenter is presented. Whereas some steps are specific to the instrument used herein, the proposed protocol can be taken as a guide for other nanoindentation devices, granted some steps are adapted according to the manufacturer&#39;s guidelines. Further, a new open-source Python software equipped with a user-friendly graphical user interface for the analysis of nanoindentation data is presented, which allows for screening of incorrectly acquired curves, data filtering, computation of the contact point through different numerical procedures, the conventional computation of E, as well as a more advanced analysis particularly suited for single-cell nanoindentation data.

The protocol presents a complete workflow for soft material nanoindentation experiments, including hydrogels and cells. First, the experimental steps to acquire force spectroscopy data are detailed; then, the analysis of such data is detailed through a newly developed open-source Python software, which is free to download from GitHub.

Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı

Nanoindentation refers to a class of experimental techniques where a micrometric force probe is used to quantify the local mechanical properties of soft ...

Viscoelastic Characterization of Soft Tissue-Mimicking Gelatin Phantoms using Indentation and Magnetic Resonance Elastography

Characterization of biomechanical properties of soft biological tissues is important to understand the tissue mechanics and explore the biomechanics-related mechanisms of disease, injury, and development. The mechanical testing method is the most straightforward way for tissue characterization and is considered as verification for in vivo measurement. Among the many ex vivo mechanical testing techniques, the indentation test provides a reliable way, especially for samples that are small, hard to fix, and viscoelastic such as brain tissue. Magnetic resonance elastography (MRE) is a clinically used method to measure the biomechanical properties of soft tissues. Based on shear wave propagation in soft tissues recorded using MRE, viscoelastic properties of soft tissues can be estimated in vivo based on wave equation. Here, the viscoelastic properties of gelatin phantoms with two different concentrations were measured by MRE and indentation. The protocols of phantom fabrication, testing, and modulus estimation have been presented.

This article presents a demonstration and summary of protocols of making gelatin phantoms that mimic soft tissues, and the corresponding viscoelastic characterization using indentation and magnetic resonance elastography.

Girinti ve Manyetik Rezonans Elastografisi Kullanılarak Yumuşak Dokuyu Taklit Eden Jelatin Fantomların Viskoelastik Karakterizasyonu

Characterization of biomechanical properties of soft biological tissues is important to understand the tissue mechanics and explore the ...

Addressing Practical Issues in Atomic Force Microscopy-Based Micro-Indentation on Human Articular Cartilage Explants

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the biological field. However, as with any other microscopic approach, methodological challenges can arise. In particular, the characteristics of the sample, sample preparation, type of instrument, and indentation probe can lead to unwanted artifacts. In this protocol, we exemplify these emerging issues on healthy as well as osteoarthritic articular cartilage explants. To this end, we first show via a step-by-step approach how to generate, grade, and visually classify ex vivo articular cartilage discs according to different stages of degeneration by means of large 2D mosaic fluorescence imaging of the whole tissue explants. The major strength of the ex vivo model is that it comprises aged, native, human cartilage that allows the investigation of osteoarthritis-related changes from early onset to progression. In addition, common pitfalls in tissue preparation, as well as the actual AFM procedure together with the subsequent data analysis, are also presented. We show how basic but crucial steps such as sample preparation and processing, topographic sample characteristics caused by advanced degeneration, and sample-tip interaction can impact data acquisition. We also subject to scrutiny the most common problems in AFM and describe, where possible, how to overcome them. Knowledge of these limitations is of the utmost importance for correct data acquisition, interpretation, and, ultimately, the embedding of findings into a broad scientific context.

We present a step-by-step approach to identify and address the most common problems associated with atomic force microscopy micro-indentations. We exemplify the emerging problems on native human articular cartilage explants characterized by various degrees of osteoarthritis-driven degeneration.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Without a doubt, atomic force microscopy (AFM) is currently one of the most powerful and useful techniques to assess micro and even nano-cues in the ...

<meta charset="utf8"></head><body>Eksplant Modelleri Kullanılarak Kemik Oluşumunun Multimodal Analizi

Comprehensive Characterization of Tissue Mineralization in an Ex Vivo Model

The extensive characterization of tissue mineralization in the context of bone regeneration represents a significant challenge, given the numerous modalities that are currently available for analysis. Here, we propose a workflow for a comprehensive evaluation of new bone formation using a relevant large animal osseous ex vivo explant. A bone defect (diameter = 3.75 mm; depth = 5.0 mm) is created in an explanted sheep femoral head and injected with a macroporous bone substitute loaded with a pro-osteogenic growth factor (bone morphogenetic protein 2 - BMP2). Subsequently, the explant is maintained in culture for a 28-day period, allowing cellular colonization and subsequent bone formation. To evaluate the quality and structure of newly mineralized tissue, the following successive methods are set up: (i) Characterization and high-resolution 3D images of the entire explant using micro-CT, followed by deep learning image analyses to enhance the discrimination of mineralized tissues; (ii) Nano-indentation to determine the mechanical properties of the newly formed tissue; (iii) Histological examinations, such as Hematoxylin/Eosin/Saffron (HES), Goldner's trichrome, and Movat's pentachrome to provide a qualitative assessment of mineralized tissue, particularly with regard to the visualization of the osteoid barrier and the presence of bone cells; (iv) Back-scattering scanning electron microscopy (SEM) mapping with internal reference to quantify the degree of mineralization and provide detailed insights into surface morphology, mineral composition, and bone-biomaterial interface; (v) Raman spectroscopy to characterize the molecular composition of the mineralized matrix and to provide insights into the persistence of BMP2 within the cement through the detection of peptide bonds. This multimodal analysis will provide an effective assessment of newly formed bone and comprehensive qualitative and quantitative insights into mineralized tissues. Through the standardization of these protocols, we aim to facilitate interstudy comparisons and improve the validity and reliability of research findings.

<meta charset="utf8"></head><body>Yazar Spotlight: Kemik Rejenerasyon Araştırmalarında Doku Mineralizasyonunu Karakterize Etmek için İleri Teknikler

The proposed protocol entails a global approach to assess bone formation in the context of bone regeneration using multimodal analyses. It aims to provide qualitative and quantitative information on new bone formation, enhancing the rigor and validity of basic and pre-clinical investigations.

Girinti ve Çekme Test Kullanarak İnsan Yumuşak Doku biyomekanik Karakterizasyonu

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Çok katmanlı Balık Ölçekler (Of Karakterizasyonu