Name: bioinspired soft robot with incorporated microelectrodes
Uploaded: 2020-02-28T13:00:00
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Ce document a été financé par les National Institutes of Health (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), le Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award et le AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

Cette étude a été réalisée dans le strict respect des recommandations du Guide pour les soins et l’utilisation des animaux de laboratoire des National Institutes of Health. Le protocole a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’hôpital Brigham and Women’s.
1. Synthèse GelMA
<ol><li>Dissoudre 10 g de gélatine dans 100 ml de saline tamponnée de phosphate (DPBS) de Dulbecco à l’aide d’un agitateur magnétique à 50 o...

<ol>
	<li>Nawroth, J. 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=A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion.">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nature Biotechnology. 30 (8), 792-797 (2012).</li><li>Park, S. 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=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>Laschi, 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=Soft+Robot+Arm+Inspired+by+the+Octopus.">Soft Robot Arm Inspired by the Octopus.</a> Advanced Robotics. 26 (7), 709-727 (2012).</li><li>Alapan, Y., 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=Soft+erythocyte-based+bacterial+microswimmers+for+cargo+delivery.">Soft erythocyte-based bacterial microswimmers for cargo delivery.</a> Science Robotics. 3 (17), 4423 (2018).</li><li>Magdanz, V., Sanchez, S., Schmidt, O. 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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 (18), 3473-3484 (2016).</li><li>Shin, S. R., 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=Aligned+Carbon+Nanotube&#8211;Based+Flexible+Gel+Substrates+for+Engineering+Biohybrid+Tissue+Actuators.">Aligned Carbon Nanotube&#8211;Based Flexible Gel Substrates for Engineering Biohybrid Tissue Actuators.</a> Advanced Functional Materials. 25 (28), 4486-4495 (2015).</li><li>Shin, S. R., 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=Carbon-nanotube-embedded+hydrogel+sheets+for+engineering+cardiac+constructs+and+bioactuators.">Carbon-nanotube-embedded hydrogel sheets for engineering cardiac constructs and bioactuators.</a> ACS Nano. 7 (3), 2369-2380 (2013).</li><li>Shin, S. R., 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=Electrically+Driven+Microengineered+Bioinspired+Soft+Robots.">Electrically Driven Microengineered Bioinspired Soft Robots.</a> Advanced Materials. 30 (10), 1704189 (2018).</li><li>Tye, K. M., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+investigation+of+neural+circuits+underlying+brain+disease+in+animal+models.">Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models.</a> Nature Reviews Neuroscience. 13 (4), 251-266 (2012).</li><li>Feinberg, A. W., 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=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>Jia, Z., 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=Stimulating+cardiac+muscle+by+light:+cardiac+optogenetics+by+cell+delivery.">Stimulating cardiac muscle by light: cardiac optogenetics by cell delivery.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 4 (5), 753-760 (2011).</li><li>Shin, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+Reinforced+Hybrid+Microgels+as+Scaffold+Materials+for+Cell+Encapsulation.">Carbon Nanotube Reinforced Hybrid Microgels as Scaffold Materials for Cell Encapsulation.</a> ACS Nano. , (2013).</li></ol>

En utilisant cette méthode, nous avons été en mesure de fabriquer avec succès un robot chauve-souris bioinspiré bio-inspiré avec un tissu cardiaque intégré auto-actionnant sur un échafaudage structuré multicouche qui est contrôlé par des microélectrodes Au intégrées. En raison de deux couches d’hydrogel micropatternées distinctes faites d’hydrogels PEGDA et CNT-GelMA, l’échafaudage bioinspiré a montré une bonne stabilité mécanique et un alignement et une maturation idéales des cellules. La cou...

Les robots mous modernes de pointe peuvent imiter les structures hiérarchiques et la dynamique musculaire de beaucoup d’organismes vivants, tels que la méduse1,2, rayon de piqûre2, poulpe3, bactéries4, et le sperme5. Imiter la dynamique et l’architecture des systèmes naturels offre des performances plus élevées en termes d’efficacité énergétique et structurelle6. Ceci est intrinsèquement lié à la nature molle des tissus naturels (p. ex., tissu cutané ou musculaire avec un modulus de Young entre 104et 109 Pa) qui permet des degrés plus élevés de liberté et de déformation supérieure et d’adaptabilité par rapport aux actionneurs standard (par exemple, un modulus de Young habituellement entre 109et 1012 Pa)6. Les actionneurs à base de muscle cardiaque, en particulier, montrent une efficacité énergétique supérieure en raison de leur auto-actionnement ainsi que leur potentiel d’autoréparation et de régénération par rapport à un système robotique à base mécanique7. Cependant, la fabrication de robots mous est difficile en raison de la nécessité d’intégrer différents composants avec différentes propriétés physiques, biologiques et mécaniques dans le système unique. Par exemple, les systèmes synthétiques conçus doivent être intégrés aux systèmes biologiques vivants, non seulement en leur fournissant un soutien structurel, mais aussi en influençant et en modulant leur comportement d’actionnement. En outre, de nombreuses méthodes de microfabrication nécessitent des processus durs/cytotoxiques et des produits chimiques qui diminuent la viabilité et la fonction de tous les composants vivants. Par conséquent, de nouvelles approches sont nécessaires pour améliorer la fonctionnalité des robots mous et pour contrôler et moduler leur comportement.
Pour intégrer avec succès des composants vivants avec une bonne viabilité, un échafaudage à base d’hydrogel est un excellent matériau pour créer le corps d’un robot doux. Les propriétés physiques et mécaniques d’un hydrogel peuvent facilement être réglées pour créer des microenvironnements pour les composants vivants tels que les tissus musculaires8,9. En outre, il peut facilement adopter diverses techniques de microfabrication, résultant en la création de structures hiérarchiques avec haute fidélité1,2,10. Des appareils électroniques flexibles peuvent être incorporés dans le robot souple pour contrôler son comportement avec la stimulation électrique. Par exemple, des techniques optogénétiques pour concevoir des cellules électrogéniques (p. ex., des cardiomyocytes), qui montrent une activation électrophysiologique dépendante de la lumière, ont été utilisées pour développer un rayon de piqûre robotique douce à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) guidé par la lumière qui a pu recréer le mouvement ondulatoire du poisson in vitro2. Bien que les techniques optogénétiques aient montré une excellente maniabilité, le travail présenté utilise la stimulation électrique, une méthode de simulation conventionnelle et traditionnelle. C’est parce que la stimulation électrique par l’intermédiaire de microélectrodes flexibles est facile et simple comparée aux techniques optogénétiques, qui exigent des processus étendus de développement11. L’utilisation d’appareils électroniques flexibles peut permettre une stimulation à long terme et des procédés de fabrication standard/simples ainsi que des biocompatibilités et des propriétés physiques et mécaniques12,13.
Ici, nous présentons une méthode innovante pour fabriquer un robot doux bioinspiré, actionné par le battement du tissu musculaire cardiaque d’ingénierie et contrôlé par la stimulation électrique par des microélectrodes Flexibles intégrées Au. Le robot doux est conçu pour imiter la structure musculaire et cartilagineuse du rayon piqueur. Le raies piqueurs est un organisme dont la structure et le mouvement sont relativement faciles à imiter par rapport à d’autres espèces nageant. Les muscles sont recréés in vitro par l’ensemencement de cardiomyocytes sur un micromotif hydrogel électriquement conducteur. Comme indiqué précédemment, l’incorporation de nanoparticules conductrices électriques telles que le CNT dans l’hydrogel GelMA améliore non seulement le couplage électrique du tissu cardiaque, mais induit également une excellente architecture et arrangement tissu l’in vitro8,9. Les joints de cartilage sont alors imités à l’aide d’un motif hydrogel PEGDA mécaniquement robuste qui agit comme le substrat mécaniquement robuste de l’ensemble du système. Les microélectrodes Flexibles Au avec un modèle serpentin sont incorporées dans le modèle PEGDA pour stimuler localement et électriquement le tissu cardiaque.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>250 mL Beaker</td>
			<td>PYREX</td>
			<td>1000-250CNEa</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Hydroxy-4&#39;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>410896</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate</td>
			<td>Milipore</td>
			<td>M6514</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>37&#176; Water bath</td>
			<td>VWR</td>
			<td>W6M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#39;,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D9542</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50mL Conical Centrifuge Tubes</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>14-959-49A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 &#181;m Cell Strainer</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>80&#176; incubator</td>
			<td>VWR</td>
			<td>1370GM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG (H+L)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit IgG (H+L)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 Phalloidin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A12379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic/Antimycotic solution</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15240062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Connexin 43/GJAI antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab11370</td>
			<td>Rabbit polyclonal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Sarcomeric &#945;-actinin</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab9465</td>
			<td>Mouse monoclonal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benchtop Freeze Dryers</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>77500-00 K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosafety cabinet</td>
			<td>Sterilgard</td>
			<td>A/B3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon rod electrodes</td>
			<td>SGL Carbon Group</td>
			<td>6971105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5804</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 incubator</td>
			<td>Forma Scientific</td>
			<td>3110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase, Type II, Powder</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17-101-015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal Microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LSM 880</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>COOH Functionalized Carbon Nanotubes</td>
			<td>NanoLab</td>
			<td>PD30L5-20-COOH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dicing saw machine</td>
			<td>Giorgio Technology</td>
			<td>DAD-321</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM, High Glucose</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11-965-118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPBS without Calcium and Magnesium</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14-190-144</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam evaporator</td>
			<td>CHA</td>
			<td>57367</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10-437-028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G9391</td>
			<td>Type B, 300 bloom from porcine skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass slide</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48382-180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HBSS without Calcium, Magnesium or Phenol Red</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14-175-079</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted optical microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>CK40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic hotplate</td>
			<td>Corning</td>
			<td>PC-420</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methacrylic anhydride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>276695</td>
			<td>Contains 2,000ppm topanol A as inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nunc EasYFlask 175cm2</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>159910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olicscope</td>
			<td>Siglent</td>
			<td>SDS1052DL+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde Aqueous Solution -16%</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>15710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS SYLGARD 184</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>761036</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photomask</td>
			<td>Mini micro stencil inc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum wire</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>AA43014BU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene glycol dimethcrylate</td>
			<td>Polysciences Inc.</td>
			<td>15178-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Regenerated Cellulose Dialysis Tubing</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>21-152-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver Epoxy Adhesive</td>
			<td>MG Chemicals</td>
			<td>8330S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>S2GPU02RE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra sonicator</td>
			<td>Qsonica</td>
			<td>Q500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Curing System</td>
			<td>OmniCure</td>
			<td>S2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>Scientific Industry</td>
			<td>SI-0246A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Waveform generator</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>33500B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrap Aluminium foil</td>
			<td>Reynolds</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bioinspired soft robot with incorporated microelectrodes

Les systèmes robotiques souples bioinspirés qui imitent les organismes vivants à l’aide de tissus musculaires et de biomatériaux modifiés révolutionnent le paradigme actuel de la biorobotique, en particulier dans la recherche biomédicale. Recréer une dynamique d’actionnement artificielle réaliste est crucial pour un système robotique en douceur. Cependant, le contrôle précis et l’ajustement du comportement d’actionnement représente toujours l’un des principaux défis des systèmes robotiques souples modernes. Cette méthode décrit une procédure peu coûteuse, très évolutive et facile à utiliser pour fabriquer un robot mou contrôlable électriquement avec des mouvements réalistes qui sont activés et contrôlés par la contraction du tissu musculaire cardiaque sur une piqûre micromodèle échafaudage hydrogel en ressemblant à un rayon. L’utilisation de méthodes de photolithographie souple permet d’intégrer avec succès plusieurs composants dans le système robotique souple, y compris des échafaudages à base d’hydrogel à motif micromodèle avec des nanotubes de carbone (CNT) méthacryloyl de gélatine embarquée (CNT-GelMA), diacrylate poly(éthylène glycol) (PEGDA), microélectrodes d’or flexible (Au) et tissu musculaire cardiaque. En particulier, l’alignement des hydrogels et le micromotif sont conçus pour imiter la structure musculaire et cartilagineuse du rayon piqueur. L’hydrogel CNT-GelMA électriquement conducteur agit comme un échafaudage cellulaire qui améliore le comportement de maturation et de contraction des cardiomyocytes, tandis que l’hydrogel PEGDA mécaniquement robuste fournit un soutien structurel ressemblant à un cartilage à l’ensemble du robot mou. Pour surmonter la nature dure et cassante des microélectrodes à base de métal, nous avons conçu un motif serpentin qui a une grande flexibilité et peut éviter d’entraver la dynamique de battement des cardiomyocytes. Les microélectrodes Au flexibles incorporées fournissent une stimulation électrique à travers le robot mou, ce qui facilite le contrôle du comportement de contraction du tissu cardiaque.

Diagramme de flux des étapes pour le développement du robot doux bioinspiré bio-inspiré de microélectrode Au L’objectif de la conception du robot doux était de construire une membrane capable d’actionner un mouvement de natation avec une complexité minimale. La structure doit être en mesure de soutenir de fortes flexions à plusieurs reprises au fil du temps (environ 1 Hz) et être en mesure de garder sa forme tout en réalisant une forte raclée. En croisant sélectivement le polymère à...

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Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Un échafaudage bioinspiré est fabriqué par une technique de photolithographie douce à l’aide d’hydrogels mécaniquement robustes et électriques. Les hydrogels micropatterned fournissent l’alignement directionnel de cellules de cardiomyocyte, ayant pour résultat une direction adaptée de l’actionnement. Des microélectrodes flexibles sont également intégrées dans l’échafaudage pour apporter une contrôlabilité électrique pour un tissu cardiaque auto-actionnant.

Robot doux bioinspiré avec microélectrodes incorporées

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...

Notre nouvelle méthode de fabrication d’actionneur bioinspiré à commande électrique peut non seulement surmonter la limitation de l’actionneur biohybride existant, mais aussi améliorer fortement les performances de l’actionneur à base de cellules. En utilisant cette technique peu coûteux et facile à manipuler, le comportement d’actionnement du robot mou bioinspiré peut être contrôlé et réglé menant à la stimulation en temps réel. Notre nouvelle méthode peut potentiellement être étendue à l’application d’un dispositif électronique flexible implantable sans fil pour la régénération cardiaque.Cette méthode peut également servir de nouvelle plate-forme pour l’étude de la stimulation électrique locale des constructions latentes cellulaires. Commencez par dissoudre 80 milligrammes de GelMA en quatre millilitres de PBS de Dulbecco. Ajoutez ensuite 20 milligrammes d’acide carboxylique fonctionnalisé nanotubes de carbone multirois et soniquez la solution pendant une heure à 660 millihertz et 100 watts.Pour créer pegda micropatterned, placez une couche de ruban transparent commercial de 50 micromètres d’épaisseur à une glissière en verre enduit tmspma, versez 15 microlitres de la solution de prépolymer PEGDA de 20% sur le dessus de la glissière en verre enduit, puis couvrez-la avec des microélecrodes d’or. Placez le premier photomask sur le dessus de la glissière et exposez l’ensemble de la construction à 200 watts de lumière ultraviolette à 800 milliwatts d’intensité et à une distance de huit centimètres pendant 110 secondes. À la fin de l’exposition aux UV, placez la glissade de verre dans le PBS de Dulbecco.Ajoutez une goutte de 20 microlitres du nanotube de carbone GelMA solution de prépolymer entre les entreteurs. Après cinq à dix minutes, détachez soigneusement l’hydrogel PEGDA micropatterned et les microélectrées d’or du substrat en verre non encodé et placez la glissière à l’envers sur les entretriers. Fixez la glissière vers le plat avec du ruban adhésif et retournez tout l’assemblage à l’envers.Placez le deuxième photomask sur la glissière de verre et exposez l’assemblage à la lumière UV comme démontré pendant 200 secondes. À la fin de l’exposition, lavez l’échafaud une fois avec le PBS frais de Dulbecco et une fois avec le milieu de culture cellulaire complété avec le sérum bovin foetal de 10%. Ensuite, placez l’échafaudage dans un milieu frais dans un nouveau plat petri dans un incubateur de 37 degrés Celsius pendant la nuit.Après l’isolement cardiomyocyte des coeurs néonatals de rat de deux jours selon les protocoles standard, résuspendez les cellules à un 1,95 fois 10 aux six cellules par millilitre de concentration moyenne cardiaque et ensemencez les cellules sur le robot mou fabriqué dans des gouttelettes. Lorsque toute la surface de l’appareil a été recouverte, incuber les échantillons à 37 degrés Celsius pendant cinq jours, en remplaçant la culture supernatant par cinq millilitres de milieu de culture cellulaire fraîche complétée par 2% de sérum bovin fœtal et 1% de L-glutamine le premier et le deuxième jours après l’ensemencement. Pour évaluer le battement spontané des cardiomyocytes sur le robot doux, à partir du troisième jour de la culture, placez le robot sur un stade de microscope optique inversé et utilisez un objectif 5X ou 10X et un logiciel de capture vidéo pour imager l’activité cardiomyocyte pendant 30 secondes à 20 images par seconde.Le cinquième jour, utilisez une glissière de couverture pour soulever doucement les membranes au bord. À l’aide d’un PDMS espacé de trois centimètres comme support, apposer deux électrodes de tige de carbone avec du fil de platine sur une boîte de Petri de six centimètres remplie d’un milieu cardiaque et transférer soigneusement le robot doux dans le plat. Appliquez ensuite une forme d’onde carrée avec une largeur d’impulsion de 50 millisecondes, une valeur offset à courant direct de zéro volts et une amplitude de tension maximale comprise entre 0,5 et 6 volts.Pour la stimulation électrique avec les microélecrodes d’or, après la fabrication de la construction multicououche, utilisez la pâte d’argent pour fixer deux fils de cuivre aux électrodes d’or par un port carré externe et couvrir la pâte avec une fine couche de PDMS pré-durci à 80 degrés Celsius pendant cinq minutes. Ensuite, placez l’échantillon sur une plaque chaude à 45 degrés Celsius pendant cinq heures pour traverser complètement le PDMS. Après l’ensemencement cardiomyocyte sur les fils connectés robot doux, appliquer un stimulus électrique d’onde carrée sur les fils de cuivre avec la valeur offset à courant direct d’un volt, une amplitude de tension de pointe entre 1,5 et cinq volts, et des fréquences de 0,5, un et deux hertz respectivement.Ces robots mous ont été conçus en biomimicking les modèles de deux animaux aquatiques différents, l’étoile de mer et la raie manta. Les couches de GelMA de nanotube de carbone ensemencées de cardiomyocyte ont exhibé différents comportements de battement selon les distances de modèle. Pour éviter un roulement complet irréversible du robot mou lors du battement dynamique des cardiomyocytes, l’espacement du modèle de la couche de soutien hydrogel PEGDA a été optimisé à 300 micromètres.Dans ces cadres acquis à partir d’enregistrements de contraction, on peut clairement observer un actionneur en forme de raie manta plier les ailes comme prévu avec la queue équilibrant la structure en redressant lorsque les ailes se fermaient solidement au milieu. Certaines membranes démontrent un mouvement rotatif tout en se contractant en raison de nanotubes de carbone micropatterned mal alignés GelMA et PEGDA hydrogels. Le tissu cardiaque sur les modèles micropatterned PEGDA et gelMA de nanotube de carbone peut également être visualisé par l’imagerie confocale de DAPI de F-actin.L’alignement partiel des sarcomes uniaxiaux et les structures sarcomere interconnectées peuvent également être observés sur les zones modelées par microscopie confocale ainsi que par des structures sarcomere bien interconnectées de tissus cardiaques situés directement au-dessus des microélecrodes. La tension du seuil d’excitation est différente à différentes fréquences de stimulus électrique par l’électrode de carbone externe ou le fil de cuivre relié à l’électrode d’or. Le processus de liaison croisée UV de PEGDA et le micropatterning GelMA à l’aide de photomasques est important pour l’obtention de microélecrode d’or de haute qualité incorporant multicouches couvertes.La bioimpression peut être utilisée pour fabriquer de l’hydrogel micropatterned et de l’électrode flexible. Nous avons utilisé la bioimpression pour obtenir un robot souple géométriquement bien défini d’une manière rapide, peu coûteuse et à haut débit. Notre méthode peut potentiellement contribuer au développement de la stimulation électrique sans fil du robot souple grâce à l’intégration d’un dispositif électronique flexible directement dans un échafaudage à base d’hydrogel.Nanotube de carbone et solvants organiques doivent toujours être manipulés à l’intérieur d’une hotte que les fibres de nanotube de carbone peuvent faire leur chemin dans les poumons posant un risque de développement du cancer.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Adaptation d&#39;un robot haptique dans une IRMf 3T

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

Recherche

Bio-ingénierie

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Conception d&#39;un robot Bio-sensible de l&#39;ADN origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

Un protocole pour bioinspirée Conception: Rez-de-Sampler Basé sur Sea Urchin Jaws

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, ...

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Caractérisation biomécanique des tissus mous humains à l&#39;aide d&#39;essais indentation et traction

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

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

Qualité médicale cible stérilisable pour fœtoscope optique Distorsion Calibration Fluid immergé

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Mix rapide Préparation de bioinspirée Nanoscale hydroxyapatite pour applications biomédicales

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Mou procédure lithographique de production plastique microfluidiques avec vue-ports Transparent à la lumière Visible et infrarouge

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Dispositif robotique Isokinetic pour améliorer la fiabilité de test-retest et d'inter-rater pour des mesures de réflexe d'étirement dans les patients de course avec la spasticité

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

Lithographie focalisée de faisceau d'ion à Etch Nano-architectures dans des microélectrodes

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...

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 ...