Name: bioinspired soft robot with incorporated microelectrodes
Uploaded: 2020-02-28T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes at JoVE.com

הנייר הזה מומן על ידי המוסדות הלאומיים לבריאות (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), מכון המחקר בריגהם בדרך פרס ממציא חזק, ואת הפרס החדשני של פרויקט (19IPLOI34660079).

מחקר זה נעשה בהתאמה קפדנית עם ההמלצות במדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של המכון הלאומי לבריאות. הפרוטוקול אושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים (IACUC) של בריגהם וביה לנשים.
1. הסינתזה של גלמה
<ol><li>התמוססות 10 גרם של ג'לטין ב 100 mL של מלוחים פוספט באגירה של Dulbecco (DPBS) באמצעות ?...

<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. G. <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+a+Sperm-Flagella+Driven+Micro-Bio-Robot.">Development of a Sperm-Flagella Driven Micro-Bio-Robot.</a> Advanced Materials. 25 (45), 6581-6588 (2013).</li><li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+control+of+soft+robots.">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521 (7553), 467-475 (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 (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>

באמצעות שיטה זו, הצלחנו להמציא בהצלחה באמצעות הרובוט הביואיד דמוי הדג בהשראת רקמת לב משולבת הגשמה עצמית על פיגומים מובנים רובת שכבות הנשלט על ידי Au מיקרואלקטרודות מוטבע. בשל שני שכבות שונות של הידרוג'ל מיקרותבנית מתוצרת PEGDA ו-CNT-GelMA, הגרדום הביוהשראה הראה יציבות מכנית טובה ויישור תאים אידי?...

המדינה המודרנית של רובוטים רכים יכולים לחקות את המבנים ההירארכיים והדינמיקה של שרירים של אורגניזמים חיים רבים, כגון מדוזה1,2, עוקץ ריי2, תמנון3, חיידקים4, זרע5. חיקוי הדינמיקה והארכיטקטורה של מערכות טבעיות מציעה הופעות גבוהות יותר במונחים של יעילות אנרגטית ומבנית6. זה קשור ביסודה לטבע הרך של רקמת הטבע (למשל, רקמת העור או השריר עם מודולוס של צעירים בין 104על 10הרשות) אשר מאפשר דרגות גבוהות יותר של החופש דפורמציה מעולה והסתגלות כאשר לעומת התקני הנדסה סטנדרטית (למשל, מודולוס של צעירים בדרך כלל בין 109-עד10הרשות שריר הלב מבוסס מפעילים רכים, במיוחד, להראות יעילות אנרגיה מעולה בשל הגשמה עצמית שלהם, כמו גם הפוטנציאל שלהם עבור שינוי אוטומטי והתחדשות כאשר לעומת מערכת רובוטית מבוססת מכנית7. עם זאת, הייצור של רובוטים רכים הוא מאתגר בשל הצורך לשלב רכיבים שונים עם תכונות פיזיות, ביולוגיות ומכניות שונות לתוך מערכת אחת. לדוגמה, מערכות סינטתיים מהונדסים צריך להיות משולבים עם מערכות ביולוגיות חיים, לא רק לספק להם תמיכה מבנית אלא גם השפעה ומודולציה התנהגות הגשמה שלהם. בנוסף, שיטות מיקרו בייצור רבות דורשות תהליכים קשים/ציטוטוקסיים וכימיקלים המפחיתים את הכדאיות והתפקוד של כל מרכיב חי. לכן, גישות חדשות נחוצות כדי לשפר את הפונקציונליות של הרובוטים הרכים ולשלוט ולווסת את התנהגותם.
כדי לשלב בהצלחה את המרכיבים החיים עם הכדאיות הטובה, הגרדום המבוסס על הידרוג'ל הוא חומר מצוין ליצירת גוף של רובוט רך. מאפיינים פיזיים ומכניים של הידרוג'ל ניתן בקלות לכוונן כדי ליצור מיקרו סביבות עבור מרכיבים חיים כגון רקמות שריר8,9. כמו כן, היא יכולה לאמץ בקלות טכניקות מיקרו-בייצור שונות, והתוצאה היא יצירת מבנים הירארכיים עם אמינות גבוהה1,2,10. מכשירים אלקטרוניים גמישים ניתן לשלב לתוך הרובוט הרך כדי לשלוט על התנהגותו עם גירוי חשמלי. לדוגמה, שיטות אלקטרואופטיקה כדי להנדס תאים אלקטרוגניים (למשל, קרדיוציטים), אשר מראים הפעלה אלקטרולוגית התלויה באור, נעשה שימוש לפיתוח polydiמתיל siloxane (PDMS) מבוסס רנטגן רובוטית רך מונחה על ידי אור כי היה מסוגל לשחזר את התנועה undulatory של הדג מבחנה2. למרות טכניקות אלקטרואופטיקה הראו ישור מעולה, העבודה המוצגת משתמשת גירוי חשמלי, שיטת סימולציה קונבנציונאלי ומסורתי. הסיבה לכך היא גירוי חשמלי באמצעות מיקרואלקטרודות גמיש הוא קל ופשוט לעומת טכניקות אלקטרואופטיקה, אשר דורשים תהליכי פיתוח נרחבים11. השימוש במכשירים אלקטרוניים גמישים יכול לאפשר גירוי לטווח ארוך ותהליכי ייצור סטנדרטיים/פשוטים וכן תאימות ביולוגית ותכונות פיזיות ומכניות12,13.
כאן, אנו מציגים שיטה חדשנית כדי להמציא רובוט רך בהשראת השראה, מואבקים על ידי הכאתו של רקמת שריר הלב הנדסה ונשלט על ידי גירוי חשמלי באמצעות מיקרואלקטרודות גמיש מוטבע או. הרובוט הרך נועד לחקות את מבנה השריר ואת הסחוס של קרן העוקץ. קרן העוקץ היא אורגניזם עם קל יחסית לחקות מבנה ותנועה בהשוואה למינים אחרים בשחייה. השרירים מחדש בתוך מבחנה על ידי זריעת הקרדיוציטים על גבי מיקרופי הידרוג'ל מוליך חשמלית. כפי שדווח בעבר, שילוב חלקיקי חלקיקים מוליכי חשמל כגון cnt ב-gelma הידרוג'ל לא רק משפר את הצימוד החשמלי של רקמת הלב, אלא גם משרה מעולה באדריכלות רקמות מבחנה וסידור8,9. מפרקי הסחוס הם לאחר מכן מחקה באמצעות דפוס חזק מכני PEGDA הידרוג'ל שפועל כמו מצע חזק מכנית של המערכת כולה. מיקרואלקטרודות גמישות של Au עם דפוס הסרפנטיין מוטבעות בתבנית PEGDA כדי לגרות את רקמת הלב באופן מקומי וחשמלית.

<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

ביוהשראת מערכות רובוטיות רכות המחחקות אורגניזמים חיים באמצעות רקמת שרירים מהונדסים ו-bioaterials הם מהפכה את הפרדיגמה ביורירובוטיקה הנוכחית, במיוחד במחקר ביו-רפואי. משחזר דינמיקה מלאכותית של חיים כמו המציאות היא חיונית למערכת רובוטית. עם זאת, השליטה המדויקת והכיוונון של התנהגות האקטואציה עדיין מייצגת את אחד האתגרים העיקריים של מערכות רובוטיות רכות מודרניות. שיטה זו מתארת בעלות נמוכה, מדרגי מאוד, קל לשימוש הליך להמציא רובוט רך בשליטה חשמלית עם תנועות כמו חיים מופעל ונשלט על ידי התכווצות של רקמת שריר הלב על עוקץ מיקרותבנית . בדומה לפיגום הידרוג'ל השימוש בשיטות פוטוליגרפיה רכות מאפשר לשלב בהצלחה מספר רב של רכיבים במערכת הרובוטית הרכה, כולל הידרו-בדוגמת הידרוג'ל המבוסס על פיגומים עם צינוריות פחמן (CNTs) (CNT-GelMA), פולי (אתילן גליקול) דיאקרילי (PEGDA), מיקרואלקטרודות (Au) גמישות, ורקמת שריר הלב. בפרט, יישור הידרוג'ל ומיקרותבניות נועדו לחקות את מבנה השריר והסחוס של קרן העוקץ. מוליך חשמלית CNT-GelMA הידרוג'ל משמש כפיגום תא המשפר את ההבשלה והתכווצות התנהגות של קרדיומיקוציטים, בעוד ההידרוג'ל חזק מכנית מספק תמיכה כמו סחוס מבניים של הרובוט הרך כולו. כדי להתגבר על האופי הקשה והפריך של המיקרואלקטרודות המבוססות על מתכת, עיצבנו דפוס סרפנטיין בעל גמישות גבוהה והוא יכול להימנע מלעקוף את הדינמיקה המנצחת של הקרדיוציטים. המיקרואלקטרודות הגמישות המשולבת של Au מספקות גירוי חשמלי באמצעות הרובוט הרך, ובכך קל יותר לשלוט בהתנהגות הכיווץ של רקמת הלב.

תרשים זרימה של השלבים לפיתוח הרובוט הביובהשראה Au מיקרואלקטרודה משולבת המטרה של העיצוב הרובוט הרך היה לבנות קרום מסוגל ליישם תנועת שחייה עם מורכבות מינימלית. המבנה חייב להיות מסוגל להחזיק גמישות חזקה שוב ושוב לאורך זמן (על 1 הרץ) ולהיות מסוגל לשמור על צורתו תוך כדי להשיג מכות חזק...

Watch this Scientific Journal Video about Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes at JoVE.com

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

הגרדום הביו-השראה מפוברק על ידי טכניקת פוטוליגרפיה רכה תוך שימוש בהידרוג'לים חזקים ומוליכי חשמל מכנית. ההידרוטים מיקרותבנית מספקים יישור תאים כווני באמצעות הקרדיוציט, והתוצאה היא כיוון הגשמה. מיקרואלקטרודות גמיש משולבים גם לתוך הפיגום כדי להביא ישור חשמליים לרקמת לב מתוך הגשמה עצמית.

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

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

השיטה החדשה שלנו של ייצור מפעיל bioinspired נשלט חשמלית יכול לא רק להתגבר על המגבלה של מפעיל biohybrid הקיים, אלא גם לשפר מאוד את הביצועים של מפעיל מבוסס תאים. באמצעות טכניקה זו בעלות נמוכה וקלה לטיפול, ניתן לשלוט ולכוונן את התנהגות ההתויזה של הרובוט הרך עם ההשראה הביולוגית המוביל לגירוי בזמן אמת. השיטה החדשה שלנו יכולה להיות מורחבת לקראת היישום של מכשיר אלקטרוני גמיש מושתל אלחוטית להתחדשות הלב.שיטה זו יכולה לשמש גם כפלטפורמה חדשה לחקר הגירוי החשמלי המקומי של מבנים סמויים של תאים. התחל על ידי המסת 80 מיליגרם של GelMA בארבעה מיליליטר של PBS של Dulbecco. לאחר מכן הוסיפו 20 מיליגרם של חומצה קרבוקסילית פונקציונלית צינוריות פחמן מרובות קירות ו sonicate הפתרון במשך שעה אחת ב 660 מיליהרץ ו 100 וואט.כדי ליצור PEGDA micropatterned, למקם שכבה אחת של 50 מיקרומטר עבה מסחרי סרט שקוף לשקופית אחת זכוכית מצופה TMSPMA, לשפוך 15 microliters של 20%PEGDA prepolymer פתרון על גבי שקופית זכוכית מצופה, ולאחר מכן לכסות אותו עם microelectrodes זהב. מניחים את מסכת הצילום הראשונה על גבי השקופית ולחשוף את המבנה כולו ל 200 וואט של אור אולטרה סגול ב 800 מילי וואט של אינטנסיביות ומרחק שמונה סנטימטרים במשך 110 שניות. בסוף החשיפה לקרינת UV, שים את מגלשת הזכוכית לתוך PBS של Dulbecco.הוסף טיפה 20 microliter של פתרון טרוםpolymer צינור פחמן GelMA בין החללים. לאחר חמש עד עשר דקות, נתק בזהירות את הידרוג'ל PEGDA micropatterned ואת microelectrodes זהב מן המצע זכוכית לא צותת ולמקם את השקופית במהופך על spacers. תקן את השקופית לצלחת עם סרט הדבקה והפוך את ההרכבה כולה במהופך.מניחים את מסכת הצילום השנייה על מגלשת הזכוכית וחושפים את ההרכבה לאור UV כפי שהוכח במשך 200 שניות. בסוף החשיפה, לשטוף את הפיגום פעם אחת עם PBS של Dulbecco טרי ופעם אחת עם מדיום תרבות התא בתוספת 10% נסיוב בקר עוברי. לאחר מכן מניחים את הפיגום במדיום טרי בצלחת פטרי חדשה באינקובטור של 37 מעלות צלזיוס בן לילה.לאחר בידוד קרדיומיוציט מלבבות חולדות יילודים בני יומיים על פי פרוטוקולים סטנדרטיים, יש לעשות שימוש חוזר בתאים במהירות של פי 1.95 עד ששת התאים למיליליטר של ריכוז בינוני לב ולזרע את התאים על הרובוט הרך והמפוברק ב טיפות. כאשר כל פני השטח של המכשיר כבר מכוסה, דגירה הדגימות ב 37 מעלות צלזיוס במשך חמישה ימים, החלפת על טבעי התרבות עם חמישה מיליליטר של בינוני תרבות תאים טריים בתוספת 2% סרום בקר עוברי ו 1%L-גלוטמין בימים הראשונים והשני לאחר הזריעה. כדי להעריך את המכות הספונטניות של cardiomyocytes על הרובוט הרך, החל מהיום השלישי של התרבות, למקם את הרובוט על שלב מיקרוסקופ אופטי הפוך ולהשתמש 5X או 10X אובייקטיבי תוכנה לכידת וידאו כדי תמונה פעילות cardiomyocyte במשך 30 שניות ב 20 מסגרות לשנייה.ביום החמישי, השתמשו בשקופית כיסוי כדי להרים בעדינות את הממברנות בקצה. באמצעות PDMS במים של שלושה סנטימטרים כמחזיק, להדביק שני אלקטרודות מוט פחמן עם חוט פלטינה לצלחת פטרי שישה סנטימטר מלא מדיום לב בזהירות להעביר את הרובוט הרך לצלחת. לאחר מכן החל צורת גל מרובעת עם רוחב פולס של 50 אלפיות השניה, ערך היסט זרם ישיר של אפס וולט, משרעת מתח שיא בין 0.5 לשש וולט.לגירוי חשמלי עם microelectrodes זהב, לאחר ייצור של מבנה רב שכבתי, להשתמש משחת כסף כדי לחבר שני חוטי נחושת אל אלקטרודות זהב דרך יציאה מרובעת חיצונית לכסות את הדבק עם שכבה דקה של PDMS מראש נרפא ב 80 מעלות צלזיוס במשך חמש דקות. לאחר מכן מניחים את הדגימה על צלחת חמה ב 45 מעלות צלזיוס במשך חמש שעות כדי לחצות באופן מלא את PDMS. לאחר זריעה cardiomyocyte על החוטים מחובר רובוט רך, להחיל גל מרובע גירוי חשמלי על חוטי נחושת עם ערך קיזוז זרם ישיר של וולט אחד, משרעת מתח שיא בין 1.5 ו חמישה וולט, ותדרים של 0.5, אחד, ושני הרץ בהתאמה.רובוטים רכים אלה תוכננו על ידי ביומימיק של דפוסים של שתי חיות מימיות שונות, כוכב הים וקרן המנטה. שכבות ה-GelMA של ננו-צינורית הפחמן הקרדיומיוציט הציגו התנהגויות מכות שונות בהתאם למרחקי הדפוס. כדי למנוע גלגול שלם בלתי הפיך של הרובוט הרך במהלך המכות הדינמיות של הקרדיומיוציטים, מרווח התבנית של שכבת התמיכה הידרוג'ל PEGDA היה אופטימיזציה ל 300 מיקרומטר.במסגרות אלה שנרכשו מהקלטות התכווצות, מפעיל בצורת קרן מנטה ניתן לראות בבירור כיפוף הכנפיים כצפוי עם הזנב איזון המבנה על ידי ישר כאשר הכנפיים היו חזקות סוגרות באמצע. חלק מהממברנות מדגימות תנועה מסתובבת תוך כדי התכווצות עקב ננו-צינורית פחמן לא מיושרת, GelMA והידרוגלים של PEGDA. רקמת לב על דפוסי PEGDA micropatterned ופחמן ננו-צינורית GelMA ניתן גם לדמיין על ידי הדמיה קונפוסל DAPI F-actin.יישור סרקומר חד-אקסיאלי חלקי ומבנים סרקומרים מחוברים ניתן לראות גם על האזורים בדוגמת על ידי מיקרוסקופיה confocal, כמו גם מבני סרקומר מחובר היטב של רקמות לב הממוקם ישירות מעל microelectrodes. מתח סף העירור שונה בתדרים שונים של גירוי חשמלי באמצעות אלקטרודה פחמן חיצונית או חוט נחושת המחוברים לאלקטרודה הזהב. תהליך ההצלבה UV של PEGDA ואת micropatterning GelMA באמצעות photomasks חשוב להשגת מיקרואלקטרוניקה זהב באיכות גבוהה שילוב רב שכבתי מכוסה.ניתן להשתמש בהדפסה ביולוגית לייצור הידרוג'ל מיקרופטרני ואלקטרודה גמישה. השתמשנו בהדפסה ביולוגית כדי להשיג רובוט רך מוגדר היטב מבחינה גיאומטרית באופן מהיר, זול, ותפוקה גבוהה. השיטה שלנו עשויה לתרום לפיתוח הגירוי החשמלי האלחוטי של רובוט רך באמצעות שילוב של מכשיר אלקטרוני גמיש ישירות לתוך פיגום מבוסס הידרוג'ל.ננו-צינורית פחמן וממסים אורגניים צריכים תמיד להיות מטופלים בתוך מכסה המנוע כמו סיבי צינור פחמן יכול לעשות את דרכם לתוך הריאות המהוות סיכון להתפתחות סרטן.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

ההסתגלות של רובוט לתחושה ב fMRI 3T

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

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

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

פרוטוקול עיצוב Bioinspired: סמפלר קרקע בהתבסס על הים Urchin מלתעות

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

אפיון ביומכנית של רקמות רכות אדם באמצעות זחה ו מתיחת בדיקה

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

יעד רפואי כיתה sterilizable עבור כיול עיוות אופטי Fetoscope שקוע נוזלים

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

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

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

הליך ליטוגרפית רך לייצור מכשירים Microfluidic פלסטיק עם יציאות תצוגה שקוף לאור גלויים ולא אינפרא-אדום

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

Isokinetic התקן רובוטי כדי לשפר את הבדיקה-Retest ואת האמינות הבין-למתוח עבור מדידות רפלקס מתיחה בחולי שבץ עם ספסטיות

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

ליתוגרפיה של קרן יון ממוקדת לחרוט ננו-ארכיטקטורות למיקרואלקטרודות

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 ...