Sistema de control de una plataforma biaxial para la caracterización mecánica en la microescala de tejidos biológicos e hidrogeles

Abstract

RESUMEN : En la investigación biomédica, la caracterización mecánica de tejidos blandos e hidrogeles es crucial para diversas aplicaciones, como la medicina regenerativa, la comprensión de patologías celulares e incluso el desarrollo de nuevas terapias. Aunque tecnologías de adquisición óptica y técnicas de medición de deformaciones como la OCT y la DVC han avanzado en la comprensión del comportamiento mecánico a nivel microscópico, la falta de sistemas para realizar ensayos biaxiales adaptables a estos avances limita la exploración detallada de propiedades tridimensionales de los tejidos. Este proyecto se enfocó en desarrollar un sistema de control robusto y de código abierto para sincronizar una plataforma biaxial con el propósito de realizar caracterizaciones mecánicas en la microescala de tejidos biológicos e hidrogeles. La metodología abarco el desarrollo y validación de algoritmos de control de etapas lineales motorizadas y celdas de carga para realizar movimientos y adquirir datos de posición y fuerza. Además, se diseñó una interfaz de usuario para el control de la plataforma biaxial y se llevaron a cabo pruebas con tejidos. Los resultados demostraron la utilidad del sistema en la creación de protocolos para ensayos biaxiales, resaltando las diferencias en el comportamiento del tejido evaluado en dos direcciones. Aunque se reconoce la necesidad de mejorar la configuración experimental, el software desarrollado destaca por su versatilidad y capacidad de mejora continua al ser de código abierto

ABSTRACT : In biomedical research, the mechanical characterization of soft tissues and hydrogels is crucial for various applications, such as regenerative medicine, understanding cellular pathologies and even the development of new therapies. Although optical acquisition technologies and strain measurement techniques such as OCT and DVC have advanced the understanding of mechanical behavior at the microscopic level, the lack of biaxial testing systems capable of adapting to these advances limits the detailed exploration of three-dimensional tissue properties. This project focused on developing a robust and open-source control system to synchronize a biaxial platform for microscale mechanical characterization of biological tissues and hydrogels. The methodology included the development and validation of control algorithms for motorized linear stages and load cells to perform motion and acquire position and force data. In addition, a user interface was designed to control the biaxial platform and tissue tests were performed. The results demonstrated the usefulness of the system in creating protocols for biaxial testing and highlighted differences in the behavior of tissues evaluated in two directions. Although the need to improve the experimental setup is recognized, the software developed stands out for its versatility and capacity for continuous improvement as it is open source.