Name: bioinspired soft robot with incorporated microelectrodes
Uploaded: 2020-02-28T13:00:00
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Este artigo foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), pelo Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award e pelo AHA Innovative Project Award (19IPLOI3460079).

Este estudo foi realizado em estrita conformidade com as recomendações no Guia de Cuidado e Uso de Animais Laboratoriais dos Institutos Nacionais de Saúde. O protocolo foi aprovado pelo Comitê institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) de Brigham e Hospital da Mulher.
1. Síntese gelMA
<ol><li>Dissolva 10 g de gelatina em 100 mL do salo tampão de fosfato de Dulbecco (DPBS) usando um agitador magnético a 50 °C.</li>
	<li>Adicione 8 mL de anidrito metocrílico lentamente enquant...

<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>

Usando este método, conseguimos fabricar com sucesso um robô macio bioinspirado em peixes batoides com um tecido cardíaco auto-atuante integrado em um andaime estruturado multicamadas que é controlado por microeletrodos Au incorporados. Devido a duas camadas distintas de hidrogel micropadronizado feitas de hidrogéis PEGDA e CNT-GelMA, o andaime bioinspirado mostrou boa estabilidade mecânica e alinhamento e maturação celular ideal. A camada padrão PEGDA, que serve como uma articulação de cartilagem da arquitetu...

Robôs macios modernos de última geração podem imitar as estruturas hierárquicas e a dinâmica muscular de muitos organismos vivos, como a água-viva1,2, raio de picada2,polvo3,bactérias4, eesperma5. Imitar a dinâmica e a arquitetura dos sistemas naturais oferece maiordesempenho em termos de eficiência energética e estrutural6. Isso está intrinsecamente relacionado à natureza macia do tecido natural (por exemplo, tecido de pele ou músculo com o módulo de um Jovem entre 104 -109 Pa) que permite graus mais elevados de liberdade e deformação superior e adaptabilidade quando comparado com atuadores projetados padrão (por exemplo, um módulo de Jovem geralmente entre 109-1012 Pa)6. Atuadores macios à base de músculos cardíacos, especialmente, mostram eficiência energética superior devido à sua auto-atuação, bem como seu potencial de autoreparo e regeneração quando comparados a um sistema robótico de base mecânica7. No entanto, a fabricação de robôs macios é desafiadora devido à necessidade de integrar diferentes componentes com diferentes propriedades físicas, biológicas e mecânicas em um único sistema. Por exemplo, sistemas sintéticos projetados precisam ser integrados com sistemas biológicos vivos, não apenas fornecendo-lhes suporte estrutural, mas também influenciando e modulando seu comportamento de atuação. Além disso, muitos métodos de microfabricação requerem processos e produtos químicos severos/citotóxicos que diminuem a viabilidade e a função de quaisquer componentes vivos. Portanto, novas abordagens são necessárias para melhorar a funcionalidade dos robôs macios e controlar e modular seu comportamento.
Para integrar com sucesso componentes vivos com boa viabilidade, um andaime à base de hidrogel é um excelente material para criar o corpo de um robô macio. As propriedades físicas e mecânicas de um hidrogel podem ser facilmente sintonizadas para criar microambientes para componentes vivos, como tecidos musculares8,9. Além disso, pode facilmente adotar várias técnicas de microfabricação, resultando na criação de estruturas hierárquicas com alta fidelidade1,2,10. Dispositivos eletrônicos flexíveis podem ser incorporados ao robô macio para controlar seu comportamento com estimulação elétrica. Por exemplo, técnicas optogenéticas para projetar células eletrogênicas (por exemplo, cardiomiócitos), que mostram uma ativação eletrofisiológica dependente da luz, têm sido usadas para desenvolver um raio de picada robótico macio baseado em polidimetilexino (PDMS) guiado pela luz que foi capaz de recriar o movimento undulatório do peixe in vitro2. Embora as técnicas optogenéticas tenham mostrado excelente controle, o trabalho apresentado utiliza estimulação elétrica, um método convencional e tradicional de simulação. Isso porque a estimulação elétrica através de microeletrodos flexíveis é fácil e simples em comparação com técnicas optogenéticas, que requerem extensos processos de desenvolvimento11. O uso de dispositivos eletrônicos flexíveis pode permitir estimulação a longo prazo e processos de fabricação padrão/simples, bem como biocompatibilidade tunable e propriedades físicas e mecânicas12,13.
Aqui, apresentamos um método inovador para fabricar um robô macio bioinspirado, acionado pela batida de tecido muscular cardíaco projetado e controlado por estimulação elétrica através de microeletrodos Au flexíveis incorporados. O robô macio foi projetado para imitar a estrutura muscular e cartilagem do raio de picada. O raio de picada é um organismo com uma estrutura e movimento relativamente fáceis de imitar em comparação com outras espécies de natação. Os músculos são recriados in vitro por sedar cardiomiócitos em um micropadrão de hidrogel eletricamente condutor. Como relatado anteriormente, incorporar nanopartículas eletricamente condutoras como a CNT no hidrogel GelMA não só melhora o acoplamento elétrico do tecido cardíaco, mas também induz uma excelente arquitetura e arranjo de tecido in vitro8,9. As articulações de cartilagem são então imitadas usando um padrão de hidrogel PEGDA mecanicamente robusto que age como o substrato mecanicamente robusto de todo o sistema. Microeletrodos Au flexíveis com padrão serpentino estão incorporados no padrão PEGDA para estimular local e eletricamente o tecido cardíaco.

<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

Sistemas robóticos macios bioinspirados que imitam organismos vivos usando tecido muscular projetado e biomateriais estão revolucionando o paradigma atual da biorobótica, especialmente na pesquisa biomédica. Recriar dinâmica suação artificial semelhante à vida é crucial para um sistema robótico suave. No entanto, o controle preciso e a sintonia do comportamento de atuação ainda representam um dos principais desafios dos sistemas robóticos macios modernos. Este método descreve um procedimento de baixo custo, altamente escalável e fácil de usar para fabricar um robô macio eletricamente controlável com movimentos semelhantes à vida que é ativado e controlado pela contração de tecido muscular cardíaco em uma picada micropadronizada andaime de hidrogel como raios. O uso de métodos de fotolitografia macia torna possível integrar com sucesso vários componentes no sistema robótico macio, incluindo andaimes à base de hidrogel micropadronizados com nanotubos de carbono (CNTs) embutidos de gelatina (CNT-GelMA), diacrito de poli(etileno glicol) (PEGDA), microeletrodos flexíveis de ouro (Au) e tecido muscular cardíaco. Em particular, o alinhamento dos hidrogéis e o micropadrão são projetados para imitar a estrutura muscular e cartilagem do raio de picada. O hidrogel CNT-GelMA eletricamente condutor age como um andaime celular que melhora o comportamento de maturação e contração de cardiomiócitos, enquanto o hidrogel PEGDA mecanicamente robusto fornece suporte estrutural semelhante à cartilagem para todo o robô macio. Para superar a natureza dura e frágil dos microeletrodos à base de metal, projetamos um padrão serpentino que tem alta flexibilidade e pode evitar dificultar a dinâmica de espancamento dos cardiomiócitos. Os microeletrodos Au flexíveis incorporados fornecem estimulação elétrica em todo o robô macio, facilitando o controle do comportamento de contração do tecido cardíaco.

Diagrama de fluxo dos passos para o desenvolvimento do robô macio bioinspirado de microeletrodo incorporado a ua O objetivo do design de robôs macios era construir uma membrana capaz de atuar um movimento de natação com mínima complexidade. A estrutura deve ser capaz de sustentar fortes flexões repetidamente ao longo do tempo (cerca de 1 Hz) e ser capaz de manter sua forma enquanto alcança uma forte batida. Ao cruzar seletivamente o polímero usando fotomáscaras, fabricamos um andaime hierárq...

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Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Um andaime bioinspirado é fabricado por uma técnica de fotolitografia macia usando hidrogéis mecanicamente robustos e eletricamente condutores. Os hidrogéis micropadronizados fornecem alinhamento direcional das células cardiomiócitos, resultando em uma direção personalizada de atuação. Microeletrodos flexíveis também são integrados ao andaime para trazer controle elétrico para um tecido cardíaco auto-atuante.

Robô macio bioinspirado com microeletrodos incorporados

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

Nosso novo método de fabricação de atuador bioinspirado eletricamente controlado pode não apenas superar a limitação do atuador biohíbrido existente, mas também melhorar fortemente o desempenho do atuador baseado em células. Usando essa técnica de baixo custo e fácil de manusear, o comportamento de atuação do robô macio bioinspirado pode ser controlado e sintonizado levando à estimulação em tempo real. Nosso novo método pode potencialmente ser estendido para a aplicação de dispositivo eletrônico flexível implantável com energia sem fio para regeneração cardíaca.Este método também pode servir como uma nova plataforma para o estudo da estimulação elétrica local de construções latentes celulares. Comece dissolvendo 80 miligramas de GelMA em quatro mililitros da PBS de Dulbecco. Em seguida, adicione 20 miligramas de ácido carboxílico funcionalizado nanotubos de carbono multiparecidos e sonicar a solução por uma hora a 660 milhertz e 100 watts.Para criar pegda micropattered, coloque uma camada de fita transparente comercial de 50 micrômetros de espessura em um slide de vidro revestido TMSPMA, despeje 15 microlitros de solução prepolímero PEGDA de 20% em cima do slide de vidro revestido e cubra-o com microeletros dourados. Coloque a primeira fotomamak em cima do slide e exponha toda a construção a 200 watts de luz ultravioleta a 800 miliwatts de intensidade e uma distância de oito centímetros por 110 segundos. No final da exposição uv, coloque o deslizamento de vidro no PBS de Dulbecco.Adicione uma gota de 20 microliteres da solução de pré-imermer gelma de nanotubo de carbono entre os espaçadores. Após cinco a 10 minutos, desprende cuidadosamente o hidrogel PEGDA micropatterado e os microeletrodos de ouro do substrato de vidro não revestido e coloque o slide de cabeça para baixo sobre os espaçadores. Fixar o slide no prato com fita adesiva e virar todo o conjunto de cabeça para baixo.Coloque a segunda máscara no slide de vidro e exponha o conjunto à luz UV, como demonstrado por 200 segundos. No final da exposição, lave o andaime uma vez com PBS fresco de Dulbecco e uma vez com meio de cultura celular suplementado com soro bovino 10%. Em seguida, coloque o andaime em meio fresco em uma nova placa de Petri em uma incubadora Celsius de 37 graus durante a noite.Após o isolamento cardiomiócito de corações de ratos neonatais de dois dias de idade de acordo com os protocolos padrão, resuspensar as células em um 1,95 vezes 10 para as seis células por mililitro de concentração cardíaca média e sementes as células no robô macio fabricado em gotículas. Quando toda a superfície do dispositivo estiver coberta, incubar as amostras a 37 graus Celsius por cinco dias, substituindo a cultura supernascida por cinco mililitros de cultura celular fresca complementada com soro bovino 2% fetal e 1%L-glutamina no primeiro e segundo dias após a semeadura. Para avaliar a batida espontânea dos cardiomiócitos no robô macio, começando no terceiro dia de cultura, coloque o robô em um estágio de microscópio óptico invertido e use um software de captura objetiva e de vídeo 5X ou 10X para imaginar a atividade do cardiomiócito por 30 segundos a 20 quadros por segundo.No quinto dia, use um slide de cobertura para levantar suavemente as membranas na borda. Usando um PDMS espaçado de três centímetros como suporte, afixe dois eletrodos de haste de carbono com fio de platina a uma placa de Petri de seis centímetros cheia de meio cardíaco e transfira cuidadosamente o robô macio para a placa. Em seguida, aplique uma forma de onda quadrada com uma largura de pulso de 50 milissegundos, valor de deslocamento de corrente direta de zero volts e amplitude de tensão de pico entre 0,5 e seis volts.Para estimulação elétrica com os microeletrodos de ouro, após a fabricação de construtos multicamadas, use pasta de prata para fixar dois fios de cobre aos eletrodos de ouro através de uma porta quadrada externa e cobrir a pasta com uma fina camada de PDMS pré-curada a 80 graus Celsius por cinco minutos. Em seguida, coloque a amostra em uma placa quente a 45 graus Celsius durante cinco horas para cruzar totalmente o PDMS. Após semear cardiomiócito nos fios conectados robô macio, aplique um estímulo elétrico de onda quadrada nos fios de cobre com o valor de deslocamento de corrente direta de um volt, uma amplitude de tensão de pico entre 1,5 e cinco volts, e frequências de 0,5, um e dois hertz, respectivamente.Estes robôs macios foram projetados biomimicando os padrões de dois animais aquáticos diferentes, a estrela-do-mar e o raio de manta. As camadas de nanotubo de carbono semeadas de cardiomiocócico apresentaram diferentes comportamentos de batida de acordo com as distâncias padrão. Para evitar o rolamento completo irreversível do robô macio durante a batida dinâmica dos cardiomiócitos, o espaçamento padrão da camada de suporte ao hidrogel PEGDA foi otimizado para 300 micrômetros.Nestes quadros adquiridos a partir de gravações de contração, um atuador em forma de raio de manta pode ser claramente observado dobrando as asas como esperado com a cauda equilibrando a estrutura, endireitando quando as asas estavam se fechando robustamente no meio. Algumas das membranas demonstram um movimento rotativo ao contrair devido aos hidrogéis de nanotubos de carbono micropagados desalinhados GelMA e PEGDA. O tecido cardíaco nos padrões pegda e nanotubo de carbono gelma também pode ser visualizado por imagens confocal F-actin DAPI.O alinhamento parcial uniaxial sarcomere e estruturas de sarcomere interconectadas também podem ser observados nas áreas padronizadas por microscopia confocal, bem como estruturas de sarcomere bem interconectadas de tecidos cardíacos localizados diretamente acima das microeletrodos. A tensão do limiar de excitação é diferente em diferentes frequências de estímulo elétrico através do eletrodo de carbono externo ou fio de cobre conectado ao eletrodo de ouro. O processo de crosslinking UV do PEGDA e do micropatterning GelMA usando fotomasks é importante para obter microeletrodos de ouro de alta qualidade incorporando multicamadas cobertas.A bioimpressão pode ser usada para a fabricação de hidrogel micropatterned e eletrodo flexível. Usamos bioimpressão para obter um robô macio geométrico bem definido de forma rápida, barata e de alto rendimento. Nosso método pode potencialmente contribuir para o desenvolvimento da estimulação elétrica sem fio do robô macio através da integração de dispositivos eletrônicos flexíveis diretamente em andaime à base de hidrogel.Nanotubos de carbono e solventes orgânicos devem ser sempre manuseados dentro de um capô, pois as fibras de nanotubo de carbono podem entrar nos pulmões representando um risco para o desenvolvimento do câncer.

Research

JoVE Journal

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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

Procedimento litográfico macio para a produção de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes à luz visível e infravermelho

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

Dispositivo robótico Isokinetic para melhorar a confiabilidade do teste-reteste e do Inter-rater para medidas do reflexo do estiramento em pacientes do curso com spasticity

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

Litografia de feixe de íons focada para etch nano-arquiteturas em microeletrodos

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 ...