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

Denne artikkelen ble finansiert av National Institutes of Health (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award og AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

Denne studien ble utført i henhold til anbefalingene i veiledningen for omsorg og bruk av laboratoriedyr ved National Institutes of Health. Protokollen ble godkjent av den institusjonelle Dyreverns- og brukskomiteen (IACUC) ved Brigham and Women's Hospital.
1. GelMA-syntese
<ol><li>Løs opp 10 g gelatin i 100 ml dulbeccos fosfatbufret saltvann (DPBS) ved hjelp av en magnetisk røreved 50 °C.</li>
	<li>Tilsett 8 ml metakrylanhydrid sakte mens du rører gelatinprepolymeroppløsningen ved 50 ...

<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>

Ved hjelp av denne metoden var vi i stand til å fabrikkere en batoid fisk-lignende bioinspirert myk robot med et integrert selvaktiverende hjertevev på et flerlags strukturert stillas som styres av innebygde Au mikroelektroder. På grunn av to distinkte mikromønstrede hydrogellag laget av PEGDA og CNT–GelMA hydrogeler, viste det bioinspirerte stillaset god mekanisk stabilitet og ideell cellejustering og modning. PEGDA mønsterlag, som fungerer som en brusk felles av skjelettarkitekturi en rokk, gir mekanisk støtte ...

Moderne state-of-the-art myke roboter kan etterligne hierarkiske strukturer og muskeldynamikk av mange levende organismer, for eksempel maneter1,2, stikke ray2, blekksprut3, bakterier4,og sperm5. Etterligne dynamikken og arkitekturen av naturlige systemer tilbyr høyere forestillinger i form av både energisk og strukturell effektivitet6. Dette er iboende relatert til den myke naturen av naturlig vev (f.eks hud eller muskelvev med en Youngs modulus mellom 104-109 Pa) som gir høyere frihetsgrader og overlegen deformasjon og tilpasningsevne sammenlignet med standardkonstruerte aktuatorer (f.eks. en Youngs modulus vanligvis mellom 109 -1012 Pa)6. Hjertemuskelbaserte soft-aktuatorer, spesielt, viser overlegen energieffektivitet på grunn av deres selvaktivering samt deres potensial for autorepair og regenerering sammenlignet med et mekanisk basert robotsystem7. Imidlertid er fabrikasjon av myke roboter utfordrende på grunn av nødvendigheten av å integrere ulike komponenter med forskjellige fysiske, biologiske og mekaniske egenskaper i det ene systemet. For eksempel må konstruerte syntetiske systemer integreres med levende biologiske systemer, ikke bare gi dem strukturell støtte, men også påvirke og modulere deres aktiveringsatferd. I tillegg krever mange mikrofabrikasjonsmetoder harde/cytotoksiske prosesser og kjemikalier som reduserer levedyktigheten og funksjonen til eventuelle levende komponenter. Derfor er nye tilnærminger nødvendig for å forbedre funksjonaliteten til de myke robotene og for å kontrollere og modulere deres oppførsel.
For å integrere levende komponenter med god levedyktighet, er et hydrogelbasert stillas et utmerket materiale for å skape kroppen til en myk robot. En hydrogel fysiske og mekaniske egenskaper kan lett justeres for å skape mikromiljøer for levende komponenter som muskelvev8,9. Det kan også enkelt vedta ulike mikrofabrikasjonsteknikker, noe som resulterer i etablering av hierarkiske strukturer med høy gjengivelse1,2,10. Fleksible elektroniske enheter kan innlemmes i den myke roboten for å kontrollere sin oppførsel med elektrisk stimulering. For eksempel har optogenetiske teknikker for å konstruere elektrogene celler (f.eks. kardiomyocytter), som viser en lysavhengig elektrofysiologisk aktivering, blitt brukt til å utvikle en polydimethylsiloxane (PDMS)-basert myk robotrokkstyrt styrt av lys som var i stand til å gjenskape den bølgende bevegelsen av fisken in vitro2. Selv om optogenetiske teknikker har vist utmerket kontrollerbarhet, bruker arbeidet som presenteres elektrisk stimulering, en konvensjonell og tradisjonell simuleringsmetode. Dette skyldes at elektrisk stimulering via fleksible mikroelektroder er enkel og enkel sammenlignet med optogenetiske teknikker, som krever omfattende utviklingsprosesser11. Bruk av fleksible elektroniske enheter kan tillate langsiktig stimulering og standard / enkel fabrikasjonprosesser samt tunable biokompatibilitet og fysiske og mekaniske egenskaper12,13.
Her presenterer vi en innovativ metode for å fabrikkere en bioinspirert myk robot, utfelt ved å slå konstruert hjertemuskelvev og kontrollert av elektrisk stimulering gjennom innebygde fleksible Au-mikroelektroder. Den myke roboten er designet for å etterligne muskel- og bruskstrukturen til stikkstrålen. Stikkstrålen er en organisme med en relativt lett å etterligne struktur og bevegelse sammenlignet med andre svømmearter. Musklene gjenskapes in vitro ved å så kardiomyocytter på et elektrisk ledende hydrogelmikromønster. Som tidligere rapportert, inkorporerer elektrisk ledende nanopartikler som CNT i GelMA hydrogel ikke bare forbedrer elektrisk kobling av hjertevevet, men også induserer en utmerket in vitro vev arkitektur og arrangement8,9. Bruskleddene etterlignes deretter ved hjelp av et mekanisk robust PEGDA hydrogelmønster som fungerer som det mekanisk robuste substratet i hele systemet. Fleksible Au mikroelektroder med et slangemønster er innebygd i PEGDA-mønsteret for å lokalt og elektrisk stimulere hjertevevet.

<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

Bioinspirerte myke robotsystemer som etterligner levende organismer ved hjelp av konstruert muskelvev og biomaterialer revolusjonerer dagens biorobotparadigme, spesielt i biomedisinsk forskning. Å gjenskape kunstig livaktig aktuasjonsdynamikk er avgjørende for et mykt robotsystem. Imidlertid representerer den nøyaktige kontrollen og justeringen av aktuasjonsatferd fortsatt en av de viktigste utfordringene i moderne myke robotsystemer. Denne metoden beskriver en rimelig, svært skalerbar og brukervennlig prosedyre for å fremstille en elektrisk kontrollerbar myk robot med livaktige bevegelser som aktiveres og kontrolleres av sammentrekning av hjertemuskelvev på et mikromønstret stikk ray-lignende hydrogel stillas. Bruken av myke fotoliografimetoder gjør det mulig å integrere flere komponenter i det myke robotsystemet, inkludert mikromønstrede hydrogelbaserte stillas med karbonnanorør (CNTs) innebygd gelatin methacryloyl (CNT-GelMA), poly(etylenglykol) diacrylate (PEGDA), fleksible gull (Au) mikroelektroder og hjertemuskelvev. Spesielt er hydrogels justering og mikromønster designet for å etterligne muskel- og bruskstrukturen til stikkstrålen. Den elektrisk ledende CNT-GelMA hydrogel fungerer som et cellestillas som forbedrer modning og sammentrekning atferd av kardiomyocytter, mens mekanisk robust PEGDA hydrogel gir strukturell brusk-lignende støtte til hele myk robot. For å overvinne den harde og sprø natur metallbaserte mikroelektroder, designet vi et slangemønster som har høy fleksibilitet og kan unngå å hemme den slående dynamikken i kardiomyocytter. De inkorporerte fleksible Au-mikroelektrodene gir elektrisk stimulering over den myke roboten, noe som gjør det lettere å kontrollere sammentrekningsoppførselen til hjertevev.

Flytdiagram over trinnene for å utvikle den Au mikroelektrodeinnlemmede bioinspirerte myke roboten Målet med den myke robotdesignen var å bygge en membran som kunne aktivere en svømmebevegelse med minimal kompleksitet. Strukturen må kunne opprettholde sterke fleksjoner gjentatte ganger over tid (ca. 1 Hz) og kunne holde formen samtidig som den oppnår en sterk juling. Ved selektivt fotokryssing av polymeren ved hjelp av fotomasker, fabrikkerte vi et hierarkisk strukturert stillas bestående av et...

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

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Et bioinspirert stillas er fabrikkert av en myk fotoliografiteknikk ved hjelp av mekanisk robuste og elektrisk ledende hydrogeler. De mikromønstrede hydrogelene gir retningsbestemt kardiomyocyttercellejustering, noe som resulterer i en skreddersydd retning av aktivering. Fleksible mikroelektroder er også integrert i stillaset for å gi elektrisk kontrollbarhet for et selvaktiverende hjertevev.

Bioinspirert myk robot med inkorporerte mikroelektroder

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

Vår nye metode for å fremstille elektrisk kontrollert bioinspirert aktuator kan ikke bare overvinne begrensningen av eksisterende biohybrid aktuator, men også sterkt forbedre ytelsen til cellebasert aktuator. Ved hjelp av denne lave prisen og lett-å-håndtere teknikk, aktivering atferd bioinspirert myk robot kan styres og innstilt fører til sanntid stimulering. Vår nye metode kan potensielt utvides mot bruk av trådløs drevet implanterbar fleksibel elektronisk enhet for hjerteregenerering.Denne metoden kan også tjene som en ny plattform for studiet av den lokale elektriske stimuleringen av celle latente konstruksjoner. Begynn med å oppløse 80 milligram GelMA i fire milliliter av Dulbeccos PBS. Tilsett deretter 20 milligram karboksylsyre funksjonaliserte multiveggede karbonnanorør og sonikere løsningen i en time på 660 millihertz og 100 watt.For å lage mikropatterned PEGDA, plasser ett lag med 50 mikrometer tykk kommersiell gjennomsiktig tape til en TMSPMA belagt glasssklie, hell 15 mikroliter på 20% PEGDA prepolymer løsning på toppen av det belagte glasssklibildet, og dekk det deretter med gullmikroelektroder. Plasser den første fotomasken på toppen av lysbildet og utsett hele konstruksjonen til 200 watt ultrafiolett lys ved 800 milliwatt intensitet og en åtte centimeter avstand i 110 sekunder. På slutten av UV-eksponeringen, legg glasssklien inn i Dulbeccos PBS.Tilsett en 20 mikroliter dråpe karbon nanotube GelMA prepolymer løsning mellom avstandsslene. Etter fem til ti minutter må du forsiktig ta av den mikrofiltrerte PEGDA-hydrogelen og gullmikroelektrodene fra det ubestrøkede glasssubstratet og plasser skyvet opp ned på avstandsstangene. Fest skyvet til parabolen med tape og snu hele enheten opp ned.Plasser den andre fotomasken på glasslysbildet og utsett enheten for UV-lys som vist i 200 sekunder. På slutten av eksponeringen, vask stillaset en gang med fersk Dulbecco pbs og en gang med cellekultur medium supplert med 10% fosterbovin serum. Legg deretter stillaset i friskt medium i en ny petriskål i en 37 graders Celsius inkubator over natten.Etter kardiomyocyttisolering fra to dager gamle neonatale rottehjerter i henhold til standardprotokoller, gjenbruker cellene på en 1,95 ganger 10 til de seks cellene per milliliter hjertemediumkonsentrasjon og frø cellene på den fabrikkerte myke roboten i dråper. Når hele overflaten av enheten er dekket, inkuber prøvene ved 37 grader Celsius i fem dager, og erstatter kulturen supernatant med fem milliliter av fersk cellekulturmedium supplert med 2% fosterbovinserum og 1% L-glutamin på den første og andre dagene etter såing. For å vurdere spontan juling av kardiomyocytter på den myke roboten, starter på dag tre av kulturen, plasser roboten på et omvendt optisk mikroskop stadium og bruke en 5X eller 10X objektiv og videoopptak programvare for å bilde cardiomyocyte aktivitet i 30 sekunder på 20 bilder per sekund.På dag fem bruker du et dekselsklie for å løfte membranene forsiktig på kanten. Bruk en tre centimeter fordelt PDMS som holder, fest to karbonstangelektroder med platinatråd til en seks centimeter petriskål fylt med hjertemedium og overfør forsiktig den myke roboten til parabolen. Deretter påfør deretter en firkantet bølgeform med en 50 millisekundpulsbredde, direkte strømforskyvningsverdi på null volt og toppspenningsalitud mellom 0,5 og seks volt.For elektrisk stimulering med gullmikroelektrodene, etter fabrikasjon av flerlagskonstruksjon, bruk sølvpasta til å feste to kobberledninger til gullelektrodene gjennom en ekstern firkantport og dekke pastaen med et tynt lag pdms forhåndsherdet ved 80 grader Celsius i fem minutter. Plasser deretter prøven på en kokeplate ved 45 grader Celsius i fem timer for å kryssbinde PDMS fullt ut. Etter seeding cardiomyocyte på ledningene koblet myk robot, bruke en firkantet bølge elektrisk stimulans på kobberledninger med direkte strøm offset verdi på ett volt, en topp spenning amplitude mellom 1,5 og fem volt, og frekvenser på 0,5, en og to hertz henholdsvis.Disse myke robotene ble designet av biomimicking mønstrene til to forskjellige akvatiske dyr, sjøstjerner og manta ray. Kardiomyocytten seeded karbon nanotube GelMA lag viste forskjellige slående atferd i henhold til mønsteret avstander. For å forhindre irreversibel fullstendig rulling av den myke roboten under den dynamiske julingen av kardiomyocytter, ble mønsteravstanden til PEGDA hydrogelstøttelaget optimalisert til 300 mikrometer.I disse rammene ervervet fra sammentrekningsopptak, kan en mantastråleformet aktuator tydelig observeres bøye vingene som forventet med halen balansere strukturen ved å rette når vingene var robust lukke i midten. Noen av membranene viser en roterende bevegelse mens de pådrar seg på grunn av feiljusterte mikropapirert karbonnanorør GelMA og PEGDA hydrogeler. Hjertevev på mikromønstret PEGDA og karbon nanorør GelMA mønstre kan også visualiseres ved F-actin DAPI confocal imaging.Delvis enaksial sarcomere justering og sammenkoblede sarkomere strukturer kan også observeres på mønstrede områder ved konfokal mikroskopi samt godt sammenkoblede sarkomere strukturer av hjertevev som ligger rett over mikroelekrodene. Spenningsterskelspenningen er forskjellig ved ulike frekvenser av elektrisk stimulans gjennom den eksterne karbonelektroden eller kobbertråden som er koblet til gullelektroden. UV-krysskoblingsprosessen til PEGDA og GelMA-mikropattering ved hjelp av fotomasker er viktig for å oppnå høykvalitets gullmikroelektrod som omfatter flerlag som dekkes.Bioprinting kan brukes til å fremstille mikropatterned hydrogel og fleksibel elektrode. Vi brukte bioprinting for å oppnå geometrisk veldefinert myk robot på en rask, billig og høy gjennomstrømning måte. Vår metode kan potensielt bidra til utviklingen av den trådløse elektriske stimuleringen av myk robot gjennom integrering av fleksibel elektronisk enhet direkte i hydrogelbasert stillas.Karbonnanorør og organiske løsemidler bør alltid håndteres inne i en hette, da karbonnanorørfibrene kan komme seg inn i lungene som utgjør en risiko for kreftutvikling.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

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

Utforme en Bio-responsive Robot fra DNA 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

En protokoll for Bioinspired Design: En Ground Sampler Basert på 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

Biomekaniske Karakterisering av menneske bløtvev Bruke Innrykk og Strekkprøving

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

Medisinsk-grade Steriliserbar Target for Fluid-midt fetoscope optisk forvrengning Calibration

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

Rapid Mix Utarbeidelse av Bioinspired nanoskala hydroksyapatitt for Biomedical Applications

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

Myk litografisk prosedyren for å produsere plast Microfluidic enheter med Vis-porter gjennomsiktig synlige og infrarøde lys

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

Innvilget Robotic apparat å gjøre bedre test-teste og inter-rater reliability for strekke refleks mål inne hjerneslag pasienter med spastisitet

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

Fokusert ion Beam litografi å etse nano-arkitekturer i Microelectrodes

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 ...