Bir PDMS membranda gerinim dağılımının sonlu elemanlar analizi

Mechanotransdüksiyon (mekanik iletim) ve mekanoduyarlılık(mekanik duyarlılık) , hücrelerin mekanik uyarılara maruz kaldığında yanıt verdiği iki temel mekanizmadır. Bu tür hücresel yanıtlar, özel hücre gerdirme cihazları kullanılarak incelenebilir. Bununla birlikte, verilerin doğruluğunu ve güvenilirliğini büyük ölçüde etkileyen gerilim homojenliğinin sağlanması, bu cihazların kullanımında karşılaşılan temel zorluktur. Bu tezde, homojen gerilim dağılımına sahip bir polidimetilsiloksan (PDMS) membran tasarlanmış ve üretilmiştir. Parametrik sonlu eleman analizi (SEA) ile membranın boyutları ve şekli optimize edilmiştir. SEA çalışmasında, sorun gerilimlerin %20'ye kadar incelendiği durumu simüle eden bir yer değiştirme kontrollü problem olarak modellenmiştir. Delik çapı, membran kalınlığı, yuvarlak kenar uzunluğu ve yan duvar kalınlığı değişkenlerinin iyileştirilmesi üzerinde çalışılmıştır. Ticari membranlara göre %80 iyileşme ile eşdeğer olduğu düşünülebilecek %90' lık bir homojenlik indeksi elde edilmiştir. Tek eksenli gerilim altında membran malzemesinin doğrusal olmayan davranışını modellemek için uygun hiper elastik malzeme model parametreleri hesaplanmıştır. Beş parametreli Mooney-Rivlin malzeme modeli, deneysel verilerle karşılaştırıldığında en uygun malzeme modeli olarak belirlenmiştir. Membranları başarısız kılan nedenler, çapraz bağlayıcının baz malzemeye oranının ve sertleşme süresi ile sıcaklığının değiştirilmesi ve sonuçta malzeme özelliklerinin ayarlanmasıyla çözülmüştür. 0.75:10 oranında 60°C'de dört saat süreyle sertleştirilen PDMS' in, hücre germe gereksinimlerini karşıladığı ortaya konmuştur.