Name: cardiac muscle-cell based actuator and self-stabilizing biorobot - part 1
Uploaded: 2017-07-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 22 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1 at JoVE.com

MT Holley, Regents Louisiana Board of Graduate Fellows programı tarafından desteklenmekte ve C. Danielson, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Profesör Programı tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma NSF Grant No: 1530884 tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, İleri Mikro Yapı ve Cihazlar Merkezi&#39;ndeki (CAMD) temiz oda desteğine teşekkür etmek istemektedirler.

1. PDMS ve Katkı Maddelerinin Kütlesini Hesapla <ol><li> Aşağıdaki yordamı, aşağıdaki yordamlarda belirli yükseklikler için gereken PDMS kütlesini bulmak için kullanın; M = ρ * V = ρ * Yükseklik * Alan (1), Burada &#39;Yükseklik&#39; katmanın yüksekliğidir, &#39;Alan&#39; PDMS&#39;nin iyileştirileceği bir kabın alanıdır, &#39;ρ&#39; karışımın yoğunluğudur ve &#39;V&#39; hacmidir. NOT: Yükseklik hesaplamaları yoğunlukları PDMS = 0.965 g / mL, Ni-PDMS = 1.639 g / mL, MB-PDMS = 0.648 g / mL&#39;dir. </li><li> Belirli bir kap için biyolojik aktüatör tabanına özgü bir yüksekliği (5 mm) elde etmek için gereken PDMS kütlesini tahmin etmek için denklemi (1) kullanın. Ortaya çıkan PDMS yoğunluğu 0.965 g / mL &#39;dir. NOT: Ağırlık itibarıyla kürleme ajanı oranı 10: 1&#39;dir. M taban = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq1.jpg" /> )(2) M sertleştirme maddesi = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq2.jpg" /> ) </li><li> Belirli bir kap için biorobotun alt tabanının belirli bir yüksekliğini (1,5 mm) elde etmek için gereken Ni-PDMS kütlesini bulmak için denklemi (1) kullanın. NOT: Oranlar 1: 1.88 (Ağırlıkça PDMS&#39;ye Nikel Tozu) ve 1: 1.71: 0.171 (ağırlığa göre PDMS Tabanına Nikel Tozu ila PDMS sertleştirici ajan). Elde edilen Ni-PDMS yoğunluğu 1.639 g / mL olacaktır. M Nickel = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq3.jpg" /> ) (3) M taban = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq4.jpg" /> ) M sertleştirme maddesi = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq5.jpg" /> ) </li><li> Benzer şekilde, denklemi (1) f<html> Belirli bir kap için MB-PDMS kütlesi, biorobotun üst tabanının belirli bir yüksekliğini (3.5 mm) elde etmek için gerekli. NOT: Oranlar 1: 5 (ağırlığa göre mikro balonlardan PDMS&#39;ye) ve 1: 4.54: 0.454 (ağırlığa göre PDMS kür maddesine PDMS bazına mikro balon) şeklindedir. Ortaya çıkan MB-PDMS yoğunluğu 0.648 g / mL olacaktır. M Microballoon = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq6.jpg" /> ) (4) M taban = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq7.jpg" /> ) M sertleştirme maddesi = ρ * V = ρ * V * ( <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55642/55642eq8.jpg" /> ) </li><li> Analiz komut dosyalarını kullanarak biorobotun dinamik stabilitesini arzulanan boyut ve geometriye göre kontrol edin; &#39;Biorobot_dynamic_stability.m&#39; ve &#39;CG_CB_calculation.m&#39; ek bilgilerine bakın. </li></ol>_title &quot;&gt; 2. Sabit Bir Tabanda Biyolojik Aktüatörlerin İmalatı NOT: Şekil 1a&#39;ya bakınız. <ol><li> PDMS&#39;nin ince bir filmini döndürünüz (bkz. Şekil 1a-1 ve a2). Elde edilen PDMS filminin kalınlığı 25 μm olacaktır. <ol><li> Bir fotorezist spinner üzerine bir silikon gofret koyun ve emme üretmek için pompa anahtarını çevirin. NOT : Silikon gofret 4 inç çap ve 500 μm kalınlığa sahiptir. </li><li> Pozitif fotorezisti ( örn. S1808), gofret tamamen örtene kadar silikon gofret üzerine koyun. 20 saniye boyunca 2.000 devirde dönmeyi programlayın. Ardından, döndürücüyü ayak pedala basarak tutun. İplikten sonra emmeyi kapatın. </li><li> Sıcak levhayı 120 ° C&#39;ye ısıtın. Soğutucudan silikon gofreti almak için cüzdan cetvelini kullanın ve silikon gofreti doğrudan ocak gözüne yerleştirin. Grafiti sığ bir petri kabıyla örtün ve 10 dakika fırında pişirin. NOT : Bir fırın baAynı sıcaklık ve süreyi kullanarak gofreti ke tutun. Şekil 1a-1 bu işlemi tasvir etmektedir. </li><li> Bir tartım terazisine bir plastik kap yerleştirin ve sıfırlayın. Kaba 6 g PDMS tabanı dökün ve 0,6 g PDMS sertleştirici ajan ekleyin. PDMS&#39;yi 5 dakika iyice karıştırın. NOT: Karıştırma işleminden sonra karışımın kabarcıklarla yoğunlaşması gerekir. </li><li> Karışık PDMS&#39;nin kabını bir vakum odasına yerleştirin. Vakum odasının basıncını 100 mbar&#39;a düşürün ve kabı 30 dakika süreyle bölmede bırakın. Vakumu kırın ve kabı çıkarın. Kullanana kadar kabı kapalı tutun. </li><li> Silindirli gofreti fırında pişirilmiş fotorezist tabaka ile birlikte döndürücü üzerine yerleştirin. Gazı giderilmiş PDMS karışımının tümünü yavaşça gofret üzerine dökün. NOT: Karışıma yeni baloncuklar eklenmemesi için yavaş yavaş boşaltın. </li><li> Eğirmeyi, 5 dakika boyunca 1,200 rpm&#39;ye ayarlayın. Eğiricinin emişini açın ve eğirmeyi yapın. İplikten sonra emmeyi kapatın. NOT: T25 μm kalınlığındaki bir PDMS tabaka ile sonuçlanır. </li><li> Fırını 40 ° C&#39;ye ısıtın. Soğutucudan silikon gofret almak için gofret cımbız kullanın, daha sonra fırında yerleştirin. Geceliği bir gecede pişirin ve daha sonra oda sıcaklığında gofreti soğutun. NOT: Şekil 1a-2 bu işlemi tasvir etmektedir. </li></ol></li><li> İnce film PDMS tabakasının lazer gravürü. <ol><li> Lazer oymacının güç düğmesini ve egzozunu açın. Lazer oymacıya bağlı bilgisayarı açın. Lazer gravür yazılımını açın. </li><li> &quot;Dosya&quot; seçeneği altında, Şekil 2e&#39;de gösterilen biyolojik aktüatör tasarım dosyasını açın. <ol><li> &quot;Ayarlar&quot; düğmesine basın. &quot;Mavi&quot; yi tıklayın ve güç ayarını% 3 olarak değiştirin ve% 4 hızına gelin. &quot;Ayarla&quot; yı tıklayın. &quot;Siyah&quot; ı tıklayın ve atlamak için &quot;Mod&quot; u değiştirin. Ardından &quot;Ayarla&quot; yı tıklayın. &quot;Kırmızı&quot; için de aynı şeyi yapın. Bitirmek için &quot;Uygula&quot; düğmesine basınayarlar.&quot; </li><li> Sağ üst köşedeki &quot;Oymacıyı Etkinleştir&quot; düğmesini itin. </li></ol></li><li> Tasarımı yazılım ekranının ortasına taşımak için &quot;Yer Değiştir&quot; düğmesine basın. </li><li> Programdaki &quot;Focus View&quot; düğmesine basın ve ekrandaki biorobotun kenarına tıklayın. Bu, lazer gravür makinesinin yönlendirici lazer noktasını ilgili noktaya taşıyacaktır. </li><li> 2.2.4&#39;te tıklanan noktaya karşılık gelen gofret üzerindeki nokta direkt olarak kılavuzluk lazer noktasının altında olacak şekilde cıvata cetveliyle elle hareket ettirin. </li><li> Oyma işlemini başlatmak için &quot;Önceki işi gravür işlemine başla&quot; düğmesine basın. Gravür tamamlandıktan sonra gofreti çıkartın. Tüm ekipmanları kapatın. NOT: &quot;Daha önceki işi gravür işlemine başla&quot; düğmesi büyük yeşil üçgentir. Lazer gözlere zarar verebileceğinden, gravür işlemine doğrudan bakmayın. Şekil 1a-3 bu işlemi tasvir etmektedir. </li&gt; </ol></li><li> Biyolojik aktüatör tabanı hazırlanması ve imalatı. <ol><li> 15 ml tüp içine cam boncuklar (3 mm çapında) dökün. Boncukları DI suda% 70 etanol ile 24 saat boyunca bekletin. Etanolü alın ve 24 saat süreyle tüpü DI su ile doldurun. DI suyunu boşaltın ve cam boncukların kurumasını kolaylaştırmak için tüp 50 ° C&#39;de bir ocak tablasına yerleştirin. </li><li> Döküm sırasında kapların kenarlarına yapışacak PDMS&#39;yi hesaba katmak için denklem (1) &#39;de bulunan PDMS miktarına 3 g ekleyin. PDMS bazını ve kürleme maddesi miktarlarını bulmak için denklemi (2) kullanın. </li><li> Bir tartım terazisine bir plastik kap yerleştirin ve sıfırlayın. Adım 2.3.2&#39;de bulunan PDMS tabanı miktarını kaba dökün ve sıfırlayın. Ardından, adım 2.3.2&#39;de bulunan PDMS kür ajanı miktarını kaba dökün. </li><li> PDMS&#39;yi 5 dakika iyice karıştırın. NOT: PDMS, sertleştirici ajana 10: 1 baz oranında kullanılır. Karışımın çok sayıda kabarcığı olmalıdır. </li><li> yerBir ölçekte fırında pişirmek ve sıfır dışarı atmak için kullanılacak bir kap. Adım 2.3.2&#39;de bulunan (ve adım 2.3.4&#39;te karıştırılmış) kutuda doğru miktarda PDMS dökün. Temizlenmiş cam boncukları PDMS karışımı boyunca düzenli aralıklarla bırakın. Biyolojik tahrik tabanı için her bir boncuk etrafında en az 5 mm boşluk bırakın. </li><li> Kabı bir vakum odasına yerleştirin. Vakum basıncını 100 mbar&#39;a düşürün ve vakum pompasını kapatın. 30 dakika sonra vakumu kırın ve kabı çıkarın. Kullanıma kadar muhafaza edin. NOT: Karışım gazı giderir ve vakum odası sızdırdığından odadaki basınç yavaşça artabilir. Basınç 100 mbar&#39;ın üzerinde artarsa ​​basıncı 100 mbar&#39;a getirmek için vakum pompasını açın. </li><li> Isı plakasını 40 ° C&#39;ye ısıtın. Dikkatlice PDMS&#39;nin kabını ve cam boncukları sıcak plakaya yerleştirin. Hazneyi örtün ve bir gecede pişirin. </li></ol></li><li> Biyolojik aktüatör montajı. </strong&gt; NOT: Aşağıdaki prosedür çıplak gözle yapılabilir. <ol><li> Bölüm 2.3&#39;te hazırlanan dökme PDMS&#39;den bir tıraş bıçağı kullanarak küpleri (5 mm x 5 mm x 5 mm) kesin. NOT: Bir kürek her küpün ortasında olmalıdır. </li><li> Temelleri banda bastırarak çıkarın ve taban yüzeyindeki kirleticileri çıkarmak için her biyolojik aktüatör tabanının her tarafını temizleyin. Her iki taraf için de tekrarlayın. </li><li> Az miktarda sıvı PDMS yapmak için 2.3.2 ila 2.3.6 adımlarını tekrarlayın. İğnenin ucunu sıvı PDMS&#39;ye batırın. Adım 2.2&#39;de desenli gofretin gravür temel alanına bir damla sıvı PDMS yerleştirin. 5 mm x 5 mm taban alanını tamamen kaplayacak şekilde PDMS damlacıklarını bulaştırın. NOT: Taban alanı, Şekil 2a&#39;daki orta kare kesittir. </li><li> Adım 2.4.2&#39;deki temizlenmiş küveti, sıvı PDMS ile örtülü olan taban alana yerleştirmek için cımbız kullanın. </li><li> Adım 2.4.3&#39;ü &quot;Bir damla sıvı PDMS yerleştirin&quot; e tekrarlayınYapılacak her cihaz için nd ve adım 2.4.4. </li><li> Isı plakasını 40 ° C&#39;ye ısıtın. Silikon gofreti montajlarla sıcak plaka üzerine dikkatlice yerleştirin. Gofreti örtün ve bir gecede pişirin. NOT : Montajları kullanıma kadar bağlı tutun. Şekil 1a-4 nihai aygıtı tasvir etmektedir. </li></ol></li></ol> 3. Biorobotların imalatı (Şekil 1b) <ol><li> İnce bir PDMS filminin döndürme kaplaması ve lazerle gravürlenmesi <ol><li> Yeni bir silikon gofret kullanarak 2.1 ve 2.2&#39;deki tüm adımları tekrarlayın. Bu, PDMS&#39;nin ince bir filmine sahip bir silikon gofret ve bir biorobot tasarımıyla gravürlenmiş fotorezistin ince bir filmi ile sonuçlanacaktır. NOT : adım 2.2 tekrar ederken, daha önce kullanılan biyolojik aktüatör tasarımı yerine lazer oyma için biorobot tasarımı kullanın. Şekiller 1b-1 ve b-3 , bu işlemleri tasvir etmektedir. </li></ol></li><li> PDMS compo&#39;nun hazırlanması ve üretimiSiteler. NOT : Aşağıdaki prosedür çıplak gözle yapılabilir. <ol><li> Fenolik mikro balonlar 50 mL&#39;lik bir tüpün içine dolana kadar boşaltılır. Tüp, DI suyunda% 70 etanol ile doldurun ve 24 saat bekletin. Etanol dökün, DI su ekleyin ve 24 saat bekletin. Kullanmadan önce mikro balonların kurumasını kolaylaştırmak için, İY suyunu boşaltın ve ardından tüp 50 ° C&#39;de bir ocak plakasına yerleştirin. </li><li> Gerekli PDMS hacmini bulmak için MB-PDMS yoğunluğu ve 3.5 mm yükseklikle denklemi (1) kullanın. Döküldükten sonra kabın içinde kalacak olan malzemeyi hesaba katmak için, toplam miktara 3 g ekleyin. PDMS tabanı ve sertleştirici ajan miktarlarını bulmak için denklemi (3) kullanın. Teraziyi kullanarak PDMS tabanı, kür ajanı ve mikro balonların uygun miktarını ölçün. </li><li> Gerekli PDMS hacmini bulmak için Ni-PDMS yoğunluğu ve 1.5 mm yüksekliğindeki denklemi (1) kullanın. Adım 3.2.2&#39;deki gibi toplam miktara 3 g ekleyin. PDMS tabanını bulmak ve bir kürleme yapmak için denklemi (2) kullanın.Nazik miktarlar. Teraziyi kullanarak uygun miktarda PDMS bazını, kür maddesini ve nikel tozunu ölçün. </li><li> Her bir MB-PDMS ve Ni-PDMS karışımını 5 dakika boyunca karıştırın. 3.2.2 ve 3.2.3&#39;te hesaplanan MB-PDMS ve Ni-PDMS miktarını dikkatli bir şekilde ayrı kutulara bir ölçek kullanarak dökün. NOT : Karışımlar, karıştırma kabının alt yüzeyini çizmeden bir metal veya cam çubukla iyice karıştırılmalıdır. Karışım kabarcıklar ile birleşecektir. </li><li> Her iki kapları vakum odasına yerleştirin. Basıncını 30 dakika boyunca 100 mbar&#39;a düşürün. Vakum ayırın ve kutuları çıkartın. Kullanıma kadar muhafaza edin. </li><li> Isı plakasını 40 ° C&#39;ye ısıtın. Sıcak tabağa MB-PDMS ve Ni-PDMS içeren kapları yerleştirin. Her kutuyu örtün ve bir gecede pişirin. NOT : Kullanana kadar bir kapakla saklayın. </li></ol></li><li> Biorobot montajı. <ol><li> Ni-P&#39;den her biorobot boyutuna göre boyutların biorobot bazlarını kesinDMS ve MB-PDMS tıraş bıçağı kullanarak. Baz tasarımları için Şekil 2b-2d&#39;ye bakın. NOT: Ni-PDMS&#39;nin kalınlıkları 1,5 mm&#39;dir ve MB-PDMS&#39;in kalınlıkları 3,5 mm&#39;dir. </li><li> Tabanları banda bastırıp çıkararak yüzeydeki kirleticileri çıkarmak için biorobot tabanlarının tüm yüzeylerini temizleyin. Her iki taraf için de tekrarlayın. </li><li> Korona boşaltıcı açın. Arasında bir temiz oda dokusu olan bir metal plaka üzerine yerleştirilen Ni-PDMS tabanının 1 cm üzerine korona boşaltıcı ucunu getirin. Uçu tabana doğru hareket ettirin ve yüzeyi tedavi etmek için 15 saniye devam edin. NOT: Korona boşaltıcı ve gofret arasında bir deşarj olmalıdır. Aksi takdirde, deşarj oluşana kadar ucunu yaklaştırın. </li><li> Adım 3.1&#39;te oyulmuş bir biorobot tabanının yüzeyini aynı süre için muamele etmek için adım 3.3.3&#39;ü tekrarlayın. Ni-PDMS ile muamele edilen yüzü filmin işlenmiş tarafına yerleştirmek için cımbız kullanın. Cihaz 5 dakika bekletilsin. NOT : Bu strona gelecekGly iki bölüm bağlar. Bkz. Şekil 1b4 . </li><li> Biorobot konsolun gofretten soyulması ve Ni-PDMS tabanının tabanına yerleştirilmesi için keskin cımbız kullanın. Tüm düzeneği gofretten çıkarmak için cımbız kullanın. NOT : Konsol, Ni-PDMS tabanına tutturulacaktır. Şekil 1b-5 ve b-6 bunu tasvir etmektedir. </li><li> MB-PDMS tabanının üstünde küçük bir damla kürlenmemiş PDMS (sertleştirici ajana 10: 1 baz) yerleştirin. Sertleşmemiş PDMS ile Ni-PDMS&#39;nin yanını ince film PDMS ile MB-PDMS üzerine yerleştirmek için cımbız kullanın. Montajı plastik bir petri kabına koyun ve sonra gece boyunca çalkalamak için 40 ° C&#39;de bir ocak gözüne koyun. NOT: Şekil 1b-7 nihai aygıtı tasvir etmektedir. </li></ol></li></ol> 4. Cihazların İşlevselleştirilmesi NOT : Aşağıda, hücre tohumlaması için cihaz hazırlama işlemi açıklanmaktadır. <ol><li> HazırlıkGerekli materyaller:% 10 Fetal Sığır Serumu (FBS) ve% 1 Penisilin antibiyotiği (DMEM komple) ile takviye edilmiş Fibronektin çözeltisi (50 ug / mL), Fosfat Tampon Tuz çözeltisi (PBS), Dulbecco Modifiye Kartal Ortamı (DMEM). </li><li> Bir T-25 kültür şişesinin (şişe dik dururken alt yüzey) merkezine 100 mcL fibronektin solüsyonu yerleştirin. Her cihaz için ayrı şişeler hazırlayın. </li><li> Biorobotu veya biyolojik aktüatörü fibronektin solüsyonunun damlacıklarının üzerine indirin. Konsolun açıldığından ve damla içine daldığından emin olun. 37 ° C&#39;de 30 dakika inkübe edin. </li><li> Kuluçkadan sonra, fibronektin solüsyonunu çıkarın ve iki kez PBS ile yıkayın. </li><li> PBS&#39;yi çıkarın ve şişeyi 10 mL DMEM ile doldurun. PDMS&#39;nin gazının alınmasını kolaylaştırmak için 37 ° C&#39;de 1 saat inkübe edin. Biorobotları 10 mL&#39;lik medyum içine batırmak için, cihazın şişesinin altında tutması için bir mıknatıs kullanın. Şişeyi sam ile yerleştirinKabarcıkları çıkartmak için 5 dakika süreyle bir ultrasonik banyoda kurutun. NOT : Kuluçka döneminde, PDMS yüzeyinde hava kabarcıkları oluşur ve buraya gaz giderme denir. Biorobot montajında ​​kullanılan Ni-PDMS manyetiktir. Biyolojik harekete geçiricinin mıknatısa ihtiyacı yoktur, çünkü cam boncuk ağırlığı nedeniyle balonun tabanında kalacaktır. Biorobot veya biyolojik tahrik düzeneği şimdi tohumlama için hazır, ki bu bölüm 2&#39;de ayrıntılı olarak açıklanıyor. </li></ol>

<ol>
	<li>Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+self-propelled+biohybrid+swimmer+at+low+Reynolds+number.">A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number.</a> Nat commun. 5, (2014).</li><li>Nawroth, 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=A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion.">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).</li><li>Huge Herr, ., D, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+swimming+Robot+Actuated+by+Living+Muscle+Tissue.">A swimming Robot Actuated by Living Muscle Tissue.</a> J Neuroeng. Rehabil. 1, (2004).</li><li>Park, S., al, e. l. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phototactic+guidance+of+a+tissue-engineered+soft-robotic+ray.">Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.</a> Science. 353 (6295), 158-162 (2016).</li><li>Chan, V., Park, K., Colleens, M., Kong, H., Saif, T., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+miniaturized+walking+biological+machines.">Development of miniaturized walking biological machines.</a> Sci. Rep. 2, 857 (2012).</li><li>Cvetkovic, C., 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=Three-dimensionally+printed+biological+machines+powered+by+skeletal+muscle.">Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle.</a> PNAS. 111, 10125-10130 (2014).</li><li>Xi, J., Scmidt, J., Montemagno, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+microdevices+driven+by+muscle.">Self-assembled microdevices driven by muscle.</a> Nat. Mater. 4, 180-184 (2005).</li><li>Kim, 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=Establishment+of+a+fabrication+method+for+a+long-term+actuated+hybrid+cell+robot.">Establishment of a fabrication method for a long-term actuated hybrid cell robot.</a> Lab Chip. 7, 1504-1508 (2007).</li><li>Tanaka, Y., Sato, K., Shimizu, T., Yamato, M., Okano, T., Kitamori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+micro-spherical+heart+pump+powered+by+cultured+cardiomyocytes.">A micro-spherical heart pump powered by cultured cardiomyocytes.</a> Lab Chip. 7, 207-212 (2007).</li><li>Park, 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=Micro+pumping+with+cardiomyocyte-polymer+hybrid.">Micro pumping with cardiomyocyte-polymer hybrid.</a> Lab Chip. 7, 1367-1370 (2007).</li><li>Akiyama, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atmospheric-operable+bioactuator+powered+by+insect+muscle+packaged+with+medium.">Atmospheric-operable bioactuator powered by insect muscle packaged with medium.</a> Lab Chip. 13, 4870-4880 (2013).</li><li>Kabumoto, K., Hoshino, T., Akiyama, Y., Morishima, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+movement+controlled+by+the+surface+EMG+signal+for+tissue-engineered+skeletal+muscle+on+a+gripping+tool.">Voluntary movement controlled by the surface EMG signal for tissue-engineered skeletal muscle on a gripping tool.</a> Tissue Eng. Part A. 19, 1695-1703 (2013).</li><li>Feinberg, A., Feigel, A., Shevkoplyas, S., Sheehy, S., Whitesides, G., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscular+thin+films+for+building+actuators+and+powering+devices.">Muscular thin films for building actuators and powering devices.</a> Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).</li><li>Vannozi, L., 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=Self-assembly+of+polydimethylsiloxane+structures+from+2D+to+3D+for+bio-hybrid+actuation.">Self-assembly of polydimethylsiloxane structures from 2D to 3D for bio-hybrid actuation.</a> Bioinspiration Biomimetics. 10 (5), (2015).</li><li>Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+characterization+of+muscle-based+actuators+for+self-stabilizing+swimming+biorobots.">Development and characterization of muscle-based actuators for self-stabilizing swimming biorobots.</a> Lab Chip. 16, 3473-3484 (2016).</li><li>Sfakiotakis, M., Lane, D., Davies, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+fish+swimming+modes+for+aquatic+locomotion.">Review of fish swimming modes for aquatic locomotion.</a> IEEE J. Oceanic Eng. 24, 237-252 (1999).</li><li>McCain, M., Agarwal, A., Hesmith, H., Nesmith, A., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromolded+gelatin+hydrogels+for+extended+culture+of+engineered+cardiac+tissues.">Micromolded gelatin hydrogels for extended culture of engineered cardiac tissues.</a> Biomaterials. 35 (21), 5462-5471 (2014).</li></ol>

Yazarların ifşa edecekleri bir şeyleri yok

Çeşitli yüzme mekanizmaları, sudaki yüzücüler arasında görülebilir 16 . Bu çalışmada biorobotun hareket mekanizması yüzgeç-tabanlı hareket, özellikle ostra sklerom hareket kullanmaktadır. Ostra skilli yüzücüler, bir kuyruk (konsol) sallayıp katı bir gövdeye (katmanlı taban) sahip olarak kendilerini zorlarlar 16 . Boxfish ve cowfish gibi balıklar bu lokomotion türlerini kullanırlar. Ostra skilli yüzücüler genellikle yavaştır ve verimsiz vü...

Biyolojik aktüatörler ve biorobotlar, sayısız uygulama için klasik robotiklere bir alternatif sağlamak için aktif olarak çalışılmaktadır. 5 , 6 , 7 , 8 , yüzme 1 , 2 , 3 , 4 , pompa 9 , 10 veya sap 11 , 12 , 13 yürüten biorobotlar Zaten geliştirildi. Benzer şekilde, kas hücreleri 3D yuvarlanmış PDMS yapısına 14 dahil edilebilir . Genellikle, biorobot omurgalar, hidrojeller ve PDMS (polidimetilsiloksan) gibi malzemelerle yumuşak litografi teknikleri kullanılarak imal edilir. Bunlar esnek olmaları nedeniyle cazip seçimlerdir, biyokompatibIlity ve kolayca ayarlanabilen sertlik. Canlı kas hücreleri, genellikle, kasılma yoluyla kuvvet üretmek için bu malzemelerle birleştirilir. Memeli kalp kası hücreleri (kardiyomiyosit) ve iskelet kası hücreleri baskın olarak harekete geçirmek için kullanılmıştır. Bu ikisinin yanında, oda sıcaklığında biorobotları çalıştırmak için böcek kas dokuları kullanılmıştır 3 . Bu iki bölümlü çalışmada, kendiliğinden kasılmaları nedeniyle kardiyomiyosit seçildi 6 . Daha önce yapılan biorobots araştırmalarının çoğu, biyolojik aktüatörlerin geliştirilmesine odaklanmış ve biorobot mimarisinin optimizasyonu ve biorobotlar için gerekli işlevlerin geliştirilmesi büyük ölçüde ihmal edilmiştir. Son zamanlarda, birkaç rapor, doğada bulunan tahrik modlarından ilham alan farklı yüzme modlarının uygulanmasını gösterdi. Bu yöntemler, çeşitli doğal itme yöntemlerini taklit etmek için PDMS filmleri ve kas hücrelerini içerir. Örneğin, flamanlı tabanlı tahrik 1 , biyomimetik denizanası tahrik 2 , biyo-hibrid ışın 4 ve ince film PDMS yüzme cihazları 13 bildirilmiştir. Bu yazıda, daldırma derinliğini ve perde ve ruloyu koruyabilen kendinden stabilize yüzme biorobotlarının üretim sürecini sunuyoruz. Biorobotun sağlam bir tabanı veya gövdesi vardır, bu da tek bir konsol tarafından itilir ve yüzeye kardiyomiyosit eklenir. Kardiyomiyositler konsolun sözleşme yaptıklarında uzunlamasına yönde bükülmesine neden olur. Bu yüzme şekli ostra skiller şeklinde sınıflandırılır. Bazda ek işlevler ekleme özelliği ostra skil yüzmenin benzersiz bir avantajıdır. Örneğin, taban, kardiyomiyosit kasılması için ilave yükler veya kontrol devresi taşımak için aşırı yüzme kuvveti sağlamak için kullanılabilir. istikrarBiorobotun daha önceki çalışmalarında sıklıkla gözden kaçırıldı. Bu çalışmada, kütle yoğunluğu farklı olan farklı kompozit PDMS materyalleri ile taban tasarımı yapılarak kendi kendine stabilizasyon uygulandı. Biorobot, böylece dış etkenlere karşı direnç gösterir ve su altında kalma derinliği, zift ve rulonunu korur. Birinci tabaka mikrobalun PDMS (MB-PDMS), yani mikrobalonlarla karıştırılmış PDMS, bu da biorobotun yoğunluğunu düşürerek medyada yüzmesini sağlar. İkinci kat PDMS konsoludur ve kalp kalınlığı, kardiyomiyositlerin oluşturduğu kuvvet konsolun 45 ° ila 90 ° arasında çarpması için uyarlanmıştır. Alt tabaka, nikel-PDMS (Ni-PDMS), yani nikel tozu ile karıştırılmış PDMS&#39;dir. Bu katman birden fazla işlevi yerine getirir. Manyetiktir ve bu nedenle, biyolojik köpeğin, ortamın altına, hücre tohumlaması sırasında, bir mıknatısla demirlemesine izin verir. Nikel karışımı MB-PDMS&#39;den daha yüksek yoğunlukta veOrta ve yüzer haldeyken biorobotun dik konumda olmasını sağlayın. Bu tabakanın ağırlığı biorobot üzerinde herhangi bir adım ve rulo üzerinde bir geri yükleme torku oluşturur. Ayrıca, Ni-PDMS ile MB-PDMS arasındaki hacim oranı dalma derinliğini korur. Sunulan protokoller, kas hücrelerinin ve dokuların dayak kuvvetini karakterize etmek isteyen araştırmacıların yanı sıra yüzme biorobotları kurmak isteyenler için son derece yararlı olacaktır. Fonksiyonlu biyolojik harekete geçiricinin ve biorobot cihazların tohumlanması, hücrelerin mekanik ve biyokimyasal olarak karakterizasyonu ve cihaz işlevinin kantitatif analizi, bu iki bölümlü makalenin 2. Bölümünde ve yakın zamanda yayınlanan 15 çalışmada ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

<table><tbody><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>184 sil elast kit&amp;nbsp; 0.5kg</td><td>Sylgard 184</td></tr><tr><td>Nickel Powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>266981-100G</td><td></td></tr><tr><td>Phenolic microballoons</td><td>US Composites</td><td>BJO-0930</td><td></td></tr><tr><td>Silicon wafers</td><td></td><td></td><td>4 inch diameter</td></tr><tr><td>PWM101 light-duty spinner</td><td></td><td></td><td>Spin- coater</td></tr><tr><td>Positive photoresist (S1808)</td><td>Dow Corning</td><td>DEM-10018197</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>M206 mechanical convection oven</td><td></td><td></td><td>Convection oven</td></tr><tr><td>Laser engraver</td><td>Universal Laser System</td><td>VLS2.30</td><td>Utilizes a 10 W, 10.6 &amp;micro;m wavelength, CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Laser</td></tr><tr><td>Universal Laser Systems Application</td><td>Universal Laser System</td><td></td><td>Application for running the VLS 2.30</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Numerical analysis program</td></tr><tr><td>Scotch Tape</td><td>Scotch Brand</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solid-glass beads</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z265926-1EA</td><td>Soda-lime glass, diameter 3 mm</td></tr><tr><td>Scale</td><td>Mettler Toledo</td><td>EL303</td><td></td></tr><tr><td>BD-20AC Laboratory Corona Treater</td><td>Electrotechnic Products</td><td>12051A</td><td>Corona Discharger</td></tr><tr><td>Ultrasonic Bath 1.9 L</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-337-402</td><td>40 kHz industrial transducer</td></tr><tr><td>Fibronectin from bovine plasma</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Phosphate Buffer (PBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D1408-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td><td>Hyclone Laboratories</td><td>16750-074</td><td>With 4500 mg/L glucose, 4.0 mM L-glutamine, and 110 mg/L sodium pyruvate.</td></tr><tr><td>Fetalclone III serum</td><td>Hyclone Industries, GE</td><td>16777-240</td><td>Fetal bovine serum</td></tr><tr><td>Penicillin-G sodium salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3032</td><td></td></tr></tbody></table>

cardiac muscle-cell based actuator and self-stabilizing biorobot - part 1

Genellikle biorobot olarak adlandırılan biyolojik makineler, yalnızca yaşayan bileşenlerin kasılma aktivitesi ile güçlendirilen canlı hücre veya doku tabanlı cihazlardır. Doğal avantajları nedeniyle biorobotlar, geleneksel tamamen yapay robotlara alternatif olarak ilgi görüyor. Çeşitli çalışmalar, biyolojik aktuatörlerin gücünden yararlanmaya odaklanmıştır, ancak yakın zamanda yapılan çalışmalar biorobotların performansını nicel olarak karakterize etmiş ve geometrilerini fonksiyonellik ve verimliliği artırmak için incelemiştir. Burada, dış etkileşime girmeden ziftini, derinliğini ve rulosunu koruyabilen kendinden dengeli bir yüzme biorobotunun gelişimini gösteriyoruz. Biyolojik aktüatör ve biorobot için PDMS iskeletinin tasarımı ve imalatı, ardından fibronektin ile işlevselleştirme bu ilk bölümde anlatılmıştır. Bu iki bölümlü makalenin ikinci bölümünde, kardiyomiyositlerin dahil edilmesini ve biyolojik aktiviteyi karakterize ederizAtor ve biorobot işlevi. Her ikisi de kanat tabanlı tahrik üreten bir taban ve kuyruk (konsol) içerir. Kuyruk PDMS ve lazer oyma kullanarak yumuşak litografi teknikleri ile oluşturulmuştur. Kuyruğu cihaz tabanı ile birleştirdikten sonra, bir hücre yapışkan proteini ile işlevselleştirilir ve kardiyomiyositlerle konfluent olarak tohumlanır. Biyolojik harekete geçiricinin tabanı, merkezi bir cam boncuklu (ağırlığı görevi gören) katı bir PDMS bloğundan oluşur. Biorobotun tabanı, iki kompozit PDMS materyalinden, Ni-PDMS&#39;den ve mikro-balon-PDMS&#39;den (MB-PDMS) oluşur. Nikel tozu (Ni-PDMS&#39;de), hücrelerin tohumlanması esnasında biorobotun manyetik olarak kontrol edilmesini ve lokomotion sırasında stabilite sağlar. Microballoons (MB-PDMS&#39;de), MB-PDMS yoğunluğunu azaltır ve biorobot&#39;u yüzer ve yüzmeyi istikrarlı bir şekilde sağlar. Bu iki maddenin farklı kütle yoğunluklarıyla kullanılması, biorobotun herhangi bir açıda olumlu bir restorasyon kuvveti sağlamak için ağırlık dağılımı üzerinde hassas kontrolü mümkün kıldı. Bu teknikManyetik olarak kontrol edilen kendi kendini stabilize eden yüzme biorobotu üretir.

Biyolojik aktüatör ve biorobot, biyolojik aktüatörün doğal bir uzantısı olan biorobot&#39;la ( Şekil 1 ) çok benzer üretim proseslerine sahiptir. Biyolojik aktüatör, biorobot için gerekli teknikleri oluşturmak, hücreler tarafından üretilen kuvveti analiz etmek ve hücrenin olgunlaşmasını mekanik ve biyokimyasal olarak karakterize etmek için önce geliştirildi; her ikisi de bu iki bölümlü makalenin 2. Bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmı...

Watch this Scientific Journal Video about Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1 at JoVE.com

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

Bu iki bölümlü çalışmada, biyolojik aktüatör, son derece esnek polidimetilsiloksan (PDMS) konsollar ve canlı kas hücreleri (kardiyomiyosit) kullanılarak geliştirildi ve karakterize edildi. Biyolojik harekete geçirici, kendinden dengelenen, yüzme biorobotu oluşturmak için değiştirilmiş PDMS malzemelerinden yapılmış bir tabana dahil edildi.

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

cardiac-muscle-cell-based-actuator-self-stabilizing-biorobot-part

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.0K Görüntüleme.  Louisiana State University.  Bu iki bölümlü çalışmada, biyolojik aktüatör, son derece esnek polidimetilsiloksan (PDMS) konsollar ve canlı kas hücreleri (kardiyomiyosit) kullanılarak geliştirildi ve karakterize edildi. Biyolojik harekete geçirici, kendinden dengelenen, yüzme biorobotu oluşturmak için değiştirilmiş PDMS malzemelerinden yapılmış bir tabana dahil edildi. 

Video: Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine interface to assess the robustness of different control-laws applied to a closed-loop image stabilization task. Taking advantage of the well-characterized fly visuomotor pathway we record the electrical activity from an identified, motion-sensitive neuron, H1, to control the yaw rotation of a two-wheeled robot. The robot is equipped with 2 high-speed video cameras providing visual motion input to a fly placed in front of 2 CRT computer monitors. The activity of the H1 neuron indicates the direction and relative speed of the robot's rotation. The neural activity is filtered and fed back into the steering system of the robot by means of proportional and proportional/adaptive control. Our goal is to test and optimize the performance of various control laws under closed-loop conditions for a broader application also in other brain machine interfaces.

We use a closed-loop fly-machine interface to investigate general principles in neuronal control.

Beyin-makine Arayüzler Kapalı döngü Performans Çalışması için Deneysel Bir Platform

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine ...

Nörobilim

Fabrication of Myogenic Engineered Tissue Constructs

Despite the fact that electronic pacemakers are life-saving medical devices, their long-term performance in pediatric patients can be problematic owing to the restrictions imposed by a child's small size and their inevitable growth. Consequently, there is a genuine need for innovative therapies designed specifically for pediatric patients with cardiac rhythm disorders. We propose that a conductive biological alternative consisting of a collagen-based matrix containing autologously-derived cells could better adapt to growth, reduce the need for recurrent surgeries, and greatly improve the quality of life for these patients. In the present study, we describe a procedure for incorporating primary skeletal myoblast cell cultures within a hydrogel matrix to fashion a surgically-implantable tissue construct that will serve as an electrical conduit between the upper and lower chambers of the heart. Ultimately, we anticipate using this type of engineered tissue to restore atrioventricular electrical conduction in children with complete heart block. In view of that, we isolate myoblasts from the skeletal muscles of neonatal Lewis rats and plate them onto laminin-coated tissue culture dishes using a modified version of established protocols[2, 3]. After one to two days, cultured cells are collected and mixed with antibiotics, type 1 collagen, Matrigel&trade;, and NaHCO3. The result is a viscous, uniform solution that can be cast into a mold of nearly any shape and size[1, 4, 5]. For our tissue constructs, we employ type 1 collagen isolated from fetal lamb skin using standard procedures[6]. Once the tissue has solidified at 37&deg;C, culture media is carefully added to the plate until the construct is submerged. The engineered tissue is then allowed to further condense through dehydration for 2 more days, at which point it is ready for in vitro assessment or surgical-implantation.

Here, we demonstrate fabrication of collagen-based, tissue constructs containing skeletal myoblasts. These 3-D engineered constructs may be used to replace or repair tissues in vivo. For our purposes, we have designed these as an atrioventricular electrical conduit for the repair of complete heart block[1].

MİYOJEN Engineered Doku oluşturur imalatı

Despite the fact that electronic pacemakers are life-saving medical devices, their long-term performance in pediatric patients can be problematic owing to ...

Biyoloji

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

Tasarım ve Yumuşak Modüler Robotlar için bir Elastomerik Birimi Fabrikasyon Minimal İnvaziv Cerrahi

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Biyomühendislik

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Mühendislik

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

Gecko'dan Esinlenilmiş Yumuşak Robotun İmalatı, Kontrolü ve Performans Değerlendirmesi

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Cardiac Muscle Cell-based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - Part 2

In recent years, hybrid devices that consist of a living cell or tissue component integrated with a synthetic mechanical backbone have been developed. These devices, called biorobots, are powered solely by the force generated from the contractile activity of the living component and, due to their many inherent advantages, could be an alternative to conventional fully artificial robots. Here, we describe the methods to seed and characterize a biological actuator and a biorobot that was designed, fabricated, and functionalized in the first part of this two-part article. Fabricated biological actuator and biorobot devices composed of a polydimethylsiloxane (PDMS) base and a thin film cantilever were functionalized for cell attachment with fibronectin. Following functionalization, neonatal rat cardiomyocytes were seeded onto the PDMS cantilever arm at a high density, resulting in a confluent cell sheet. The devices were imaged every day and the movement of the cantilever arms was analyzed. On the second day after seeding, we observed the bending of the cantilever arms due to the forces exerted by the cells during spontaneous contractions. Upon quantitative analysis of the cantilever bending, a gradual increase in the surface stress exerted by the cells as they matured over time was observed. Likewise, we observed movement of the biorobot due to the actuation of the PDMS cantilever arm, which acted as a fin. Upon quantification of the swimming profiles of the devices, various propulsion modes were observed, which were influenced by the resting angle of the fin. The direction of motion and the beating frequency were also determined by the resting angle of the fin, and a maximum swim velocity of 142 &#181;m/s was observed. In this manuscript, we describe the procedure for populating the fabricated devices with cardiomyocytes, as well as for the assessment of the biological actuator and biorobot activity.

In this study, a biological actuator and a self-stabilizing, swimming biorobot with functionalized elastomeric cantilever arms are seeded with cardiomyocytes, cultured, and characterized for their biochemical and biomechanical properties over time.

Kardiyak Kas Hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - Bölüm 2

In recent years, hybrid devices that consist of a living cell or tissue component integrated with a synthetic mechanical backbone have been developed. ...

Gelişmiş Kavrama ve Parmak Kurtarma ile İnme Rehabilitasyonunda Devrim Yaratıyor

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping movements. The design of this innovative limb draws inspiration from bending pneumatic muscles and the unique characteristics of an elephant's trunk tip. It places a strong emphasis on crucial factors such as lightweight construction, safety, compliance, waterproofing, and achieving a high output-to-weight/pressure ratio. The proposed structure enables the robotic limb to perform both envelope and fingertip grasping. Human-robot interaction is facilitated through a flexible bending sensor, detecting the wearer's finger movements and connecting them to motion control via a threshold segmentation method. Additionally, the system is portable for versatile daily use. To validate the effectiveness of this innovation, real-world experiments involving six chronic stroke patients and three healthy volunteers were conducted. The feedback received through questionnaires indicates that the designed mechanism holds immense promise in assisting chronic stroke patients with their daily grasping activities, potentially improving their quality of life and rehabilitation outcomes.

Yazar Spotlight: Esnek Robotik Uzuvları Olan Hemiplejik Hastalar için Kavrama Yeteneklerini Geliştirme 

This protocol introduces a flexible wearable supernumerary robotic limb tailored to assist in finger rehabilitation for stroke patients. The design incorporates a bending sensor to facilitate seamless human-robot interaction. Validation through experiments involving both healthy volunteers and stroke patients underscores the efficacy and dependability of the proposed study.

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...

Simultaneous Electrical and Mechanical Stimulation to Enhance Cells' Cardiomyogenic Potential

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated researchers in the stem cell and bioengineering fields to develop in vitro high-fidelity human myocardium for both basic research and clinical applications. However, the immature phenotype of cardiac cells is a limitation on obtaining tissues that functionally mimic the adult myocardium, which is mainly characterized by mechanical and electrical signals. Thus, the purpose of this protocol is to prepare and mature the target cell population through electromechanical stimulation, recapitulating physiological parameters. Cardiac tissue engineering is evolving toward more biological approaches, and strategies based on biophysical stimuli, thus, are gaining momentum. The device developed for this purpose is unique and allows individual or simultaneous electrical and mechanical stimulation, carefully characterized and validated. In addition, although the methodology has been optimized for this stimulator and a specific cell population, it can easily be adapted to other devices and cell lines. The results here offer evidence of the increased cardiac commitment of the cell population after electromechanical stimulation. Electromechanically stimulated cells show an increased expression of main cardiac markers, including early, structural, and calcium-regulating genes. This cell conditioning could be useful for further regenerative cell therapy, disease modeling, and high-throughput drug screening.

Here we present a protocol for training a cell population using electrical and mechanical stimuli emulating cardiac physiology. This electromechanical stimulation enhances the cardiomyogenic potential of the treated cells and is a promising strategy for further cell therapy, disease modeling, and drug screening.

Hücrelerin Cardiomyogenic potansiyeli geliştirmek için aynı anda elektrik ve mekanik stimülasyon

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated ...

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Beyin-makine Arayüzler Kapalı döngü Performans Çalışması için Deneysel Bir Platform

MİYOJEN Engineered Doku oluşturur imalatı

Tasarım ve Yumuşak Modüler Robotlar için bir Elastomerik Birimi Fabrikasyon Minimal İnvaziv Cerrahi

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Gecko'dan Esinlenilmiş Yumuşak Robotun İmalatı, Kontrolü ve Performans Değerlendirmesi

Kardiyak Kas Hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - Bölüm 2

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Kronik İnme Hastaları için Esnek Giyilebilir Supernumerary Robotik Uzuv

Hücrelerin Cardiomyogenic potansiyeli geliştirmek için aynı anda elektrik ve mekanik stimülasyon