Actionneur à base de cellules musculaires cardiaques et Biorobot auto-stabilisant - PARTIE 1

Merrel T. Holley; Neerajha Nagarajan; Christian Danielson; Pinar Zorlutuna; Kidong Park

doi:10.3791/55642

Auteurs

Contactez-nous

S'identifier

Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.

Method Article

Actionneur à base de cellules musculaires cardiaques et Biorobot auto-stabilisant - PARTIE 1

DOI:

10.3791/55642

⸱

July 11th, 2017

Merrel T. Holley*¹, Neerajha Nagarajan*², Christian Danielson¹, Pinar Zorlutuna*², Kidong Park*¹

¹Division of Electrical and Computer Engineering, Louisiana State University, ²Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Bioengineering Graduate Program, University of Notre Dame

* Ces auteurs ont contribué à parts égales

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Résumé

Dans cette étude en deux parties, un actionneur biologique a été développé à l'aide de cantilevers de polydiméthylsiloxane (PDMS) hautement flexibles et de cellules musculaires vivantes (cardiomyocytes) et caractérisés. L'actionneur biologique a été incorporé avec une base en matériaux PDMS modifiés pour construire un biorobot auto-stabilisant.

Résumé

Les machines biologiques souvent appelées biorobots sont des appareils à base de cellules ou de tissus qui sont alimentés uniquement par l'activité contractile des composants vivants. En raison de leurs avantages inhérents, les biorobots s'intéressent comme alternatives aux robots traditionnels entièrement artificiels. Diverses études ont porté sur le renforcement de la puissance des actionneurs biologiques, mais seules des études récentes ont caractérisé quantitativement les performances des biorobots et ont étudié leur géométrie pour améliorer leur fonctionnalité et leur efficacité. Ici, nous démontrons le développement d'un biorobot de natation auto-stabilisable qui peut maintenir sa hauteur, sa profondeur et son roulis sans intervention externe. La conception et la fabrication de l'échafaudage PDMS pour l'actionneur biologique et le biorobot suivi de la fonctionnalisation avec fibronectine sont décrits dans cette première partie. Dans la deuxième partie de cet article en deux parties, nous détaillons l'incorporation de cardiomyocytes et caractérisons l'action biologiqueFonction ator et biorobot. Les deux intègrent une base et une queue (en porte-à-faux) qui produisent une propulsion à base d'ailettes. La queue est construite avec des techniques de lithographie douce utilisant PDMS et gravure au laser. Après incorporer la queue avec la base de l'appareil, elle est fonctionnalisée avec une protéine adhésive cellulaire et ensemencée confluée avec des cardiomyocytes. La base de l'actionneur biologique consiste en un bloc PDMS solide avec un cordon de verre central (agit comme un poids). La base du biorobot se compose de deux matériaux composites PDMS, Ni-PDMS et microballoon-PDMS (MB-PDMS). La poudre de nickel (en Ni-PDMS) permet le contrôle magnétique du biorobot lors de l'ensemencement et de la stabilité des cellules pendant la locomotion. Microballoons (dans MB-PDMS) diminuent la densité de MB-PDMS, et permettent au biorobot de flotter et de nager régulièrement. L'utilisation de ces deux matériaux avec différentes densités de masse a permis un contrôle précis de la répartition du poids afin d'assurer une force de restauration positive à n'importe quel angle du biorobot. Cette techniqueProduit un biorobot de natation auto-stabilisable magnétiquement contrôlé.

Introduction

Les actionneurs biologiques et les biorobots sont activement étudiés pour fournir une alternative à la robotique conventionnelle pour de nombreuses applications. Biorobots qui marchent ⁵ ^, ⁶ ^, ⁷ ^, ⁸ , nage ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ , pompe ⁹ ^, ¹⁰ ou grip ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³