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

Эта статья была профинансирована Национальными институтами здравоохранения (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Бригамским научно-исследовательским институтом, премией инновационного новатора и премией AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

Это исследование было проведено в строгом соответствии с рекомендациями, соданными в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения. Протокол был одобрен институциональным Комитетом по уходу за животными и использованию (IACUC) Бриг...

<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>

Используя этот метод, мы смогли успешно изготовить батоидный рыбоподобный биовдохновленный мягкий робот с интегрированной самоактивирующейся сердечной тканью на многослойной структурированной эшафоте, которая контролируется встроенными микроэлектродами Au. Благодаря двум различн?...

Современные современные мягкие роботы могут имитировать иерархические структуры и мышечную динамику многих живых организмов, таких как медузы1,2,жало луч2,осьминог3, бактерии4,и сперма5. Имитация динамики и архитектуры природных систем обеспечивает более высокие показатели как с точки зрения энергетической, так и структурной эффективности6. Это внутренне связано с мягкой природой натуральных тканей (например, кожи или мышечной ткани с модулем молодых между 104109 Па), который позволяет более высокие степени свободы и превосходной деформации и адаптации по сравнению со стандартными инженерии приводов (например, модуля молодых обычно между 1091012 Па)6. Сердечные мышцы на основе мягкой активации, особенно, показывают превосходную энергоэффективность из-за их самоактивации, а также их потенциал для авторемонта и регенерации по сравнению с механически на основе роботизированной системы7. Тем не менее, изготовление мягких роботов является сложной задачей из-за необходимости интеграции различных компонентов с различными физическими, биологическими и механическими свойствами в одну систему. Например, инженерные синтетические системы должны быть интегрированы с живыми биологическими системами, не только обеспечивая их структурной поддержкой, но и влияя на их поведение активации. Кроме того, многие методы микрофабрикации требуют суровых/цитотоксических процессов и химических веществ, которые снижают жизнеспособность и функции любых живых компонентов. Поэтому необходимы новые подходы для повышения функциональности мягких роботов, а также для контроля и модулировать их поведение.
Для успешной интеграции живых компонентов с хорошей жизнеспособностью, гидрогель на основе эшафот является отличным материалом для создания тела мягкого робота. Физические и механические свойства гидрогеля можно легко настроить для создания микросреды для живых компонентов, таких как мышечные ткани8,9. Кроме того, он может легко принять различные методы микрофабрикации, в результате чего создание иерархических структур с высокой точностью1,2,10. Гибкие электронные устройства могут быть включены в мягкого робота для управления его поведением с помощью электрической стимуляции. Например, оптогенетические методы для инженера электрогенных клеток (например, кардиомиоциты), которые показывают светозависимую электрофизиологическую активацию, были использованы для разработки полидиметилсилоксана (PDMS) на основе мягкого роботизированного жгучего луча, управляемого светом, который смог воссоздать неугодное движение рыбы in vitro2. Хотя оптогенетические методы показали отличную управляемость, представленная работа использует электрическую стимуляцию, обычный и традиционный метод моделирования. Это потому, что электрическая стимуляция с помощью гибких микроэлектродов легко и просто по сравнению с оптогенетических методов, которые требуют обширных процессов развития11. Использование гибких электронных устройств может обеспечить долгосрочную стимуляцию и стандартные/простые процессы изготовления, а также настраиваемую биосовместимость и физические и механические свойства12,13.
Здесь мы представляем инновационный метод для изготовления биовдохновленный мягкий робот, приведенный в действие избиение инженерии сердечной мышечной ткани и контролируется электрической стимуляции через встроенные гибкие микроэлектроды Au. Мягкий робот предназначен для имитации структуры мышц и хряща луча жала. Луч жала является организмом с относительно легко имитировать структуру и движение по сравнению с другими видами плавания. Мышцы воссозданы в пробирке путем посева кардиомиоцитов на электрически проводящем гидрогелевом микропатее. Как сообщалось ранее, включение электрически проводящих наночастиц, таких как CNT в гидрогель GelMA не только улучшает электрическое соединение сердечной ткани, но и вызывает отличную архитектуру ткани in vitro и расположение8,9. Затем суставы хряща передисмоно используют механически надежный узор гидрогеля PEGDA, который действует как механически надежный субстрат всей системы. Гибкие микроэлектроды Au с серпантином узором встроены в шаблон PEGDA, чтобы локально и электрически стимулировать сердечную ткань.

<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

Биовдохновленные мягкие роботизированные системы, имитирующие живые организмы с помощью инженерных мышечной ткани и биоматериалов, революционизируют нынешнюю парадигму биороботов, особенно в биомедицинских исследованиях. Воссоздание искусственной динамики активации, подобной жизни, имеет решающее значение для мягкой роботизированной системы. Однако точный контроль и настройка поведения активации по-прежнему представляет собой одну из главных задач современных мягких роботизированных систем. Этот метод описывает недорогие, высокомасштабируемые и простые в использовании процедуры для изготовления электрически управляемого мягкого робота с жизнеобразными движениями, которые активируются и контролируются сокращением сердечной мышечной ткани на микрошаблонированном жале лучоподобный гидрогелев. Использование мягких методов фотолитографии позволяет успешно интегрировать несколько компонентов в мягкую роботизированную систему, в ключая микрошаблонизированные гидрогельные леса с углеродными нанотрубками (CNT) встроенными желатиновым метакрилоломом (CNT-GelMA), поли (этиленгликоль) диакрилат (PEGDA), гибкие золотые (Au) микроэлектроды и сердечная мышечная ткань. В частности, выравнивание гидрогелей и микрошаблон предназначены для имитации структуры мышц и хряща луча жала. Электрически проводящий гидрогель CNT-GelMA действует как клеточная эшафот, которая улучшает созревание и сжатие поведения кардиомиоцитов, в то время как механически надежный гидрогель PEGDA обеспечивает структурную хрящевую поддержку всего мягкого робота. Чтобы преодолеть жесткий и хрупкий характер микроэлектродов на основе металла, мы разработали серпантин шаблон, который имеет высокую гибкость и может избежать препятствуя избиение динамики кардиомиоцитов. Включенные гибкие микроэлектроды Au обеспечивают электрическую стимуляцию через мягкого робота, что облегчает управление поведением сокращения сердечной ткани.

Диаграмма потока шагов для развития Au микроэлектродов-инкорпорированных биовдохновленный мягкий робот Целью мягкого робота была построение мембраны, способной активировать плавательное движение с минимальной сложностью. Структура должна быть в состоянии поддерживать си...

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

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Биовдохновленный эшафот изготовлен с помощью мягкой фотолитографии с использованием механически надежных и электрически проводящих гидрогелей. Гидрогели микрошаблона обеспечивают направленное выравнивание клеток кардиомиоцитов, что приводит к индивидуальному направлению привода. Гибкие микроэлектроды также интегрированы в эшафот, чтобы принести электрическую управляемость для самоактивации сердечной ткани.

Биовдохновленный мягкий робот с инкорпорированными микроэлектродами

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

Наш новый метод изготовления электрически управляемого биовдохновленного привода может не только преодолеть ограничение существующего привода биогибрида, но и сильно повысить производительность клеточного привода. Используя эту низкую стоимость и простую в обращении технику, поведение привода биовдохновленного мягкого робота можно контролировать и настраивать, что приводит к стимуляции в режиме реального времени. Наш новый метод потенциально может быть распространен на применение беспроводного имплантируемого гибкого электронного устройства для регенерации сердца.Этот метод также может служить новой платформой для изучения местной электрической стимуляции клеточных скрытых конструкций. Начните с растворения 80 миллиграммов GelMA в четырех миллилитров PBS Дульбекко. Затем добавьте 20 миллиграммов карбоксиновой кислоты, функционализированные многостенные углеродные нанотрубки и sonicate раствор в течение одного часа на 660 миллигерц и 100 Вт.Чтобы создать микропаттернированную PEGDA, поместите один слой коммерческой прозрачной ленты толщиной 50 микрометров на одну стеклянную горку с покрытием TMSPMA, залейте 15 микролитров 20%-х преполимерным раствором PEGDA поверх стеклянной горки с покрытием, а затем накройте ее золотыми микроэлектродами. Поместите первую фотомаск поверх слайда и подвергайте всю конструкцию 200 ватт ультрафиолетового света на 800 милливатт интенсивности и восемь сантиметров расстояния в течение 110 секунд. В конце УФ-экспозиции положите стеклянную горку в PBS Дульбекко.Добавьте 20 микролитровых капель углеродной нанотрубки Prepolymer раствора GelMA между космонавтами. Через 5-10 минут тщательно отсоедините микропаттернный гидрогель PEGDA и золотые микроэлектроды от неокрашенного стеклянного субстрата и поместите слайд вверх дном на проемы. Зафиксируете слайд к блюду клейкой лентой и переверните всю сборку вверх дном.Поместите вторую фотомаску на стеклянную горку и подвергайте сборку ультрафиолетовому свету, как это было продемонстрировано в течение 200 секунд. В конце экспозиции, мыть эшафот один раз со свежим PBS Dulbecco и один раз с клеточной культуры среды дополняется 10% плода бычьей сыворотки. Затем поместите эшафот в свежей среде в новой чашке Петри в 37 градусов по Цельсию инкубатор на ночь.После изоляции кардиомиоцитов от двухдневных неонатальных крысиных сердец в соответствии со стандартными протоколами, повторно поместить клетки в 1,95 раза от 10 до шести клеток на миллилитр сердечной средней концентрации и семян клеток на сфабрикованных мягких роботов в каплях. Когда вся поверхность устройства была покрыта, инкубировать образцы при 37 градусов по Цельсию в течение пяти дней, заменив культуру супернатант с пятью миллилитров свежей клеточной культуры среды дополняется 2%fetal бычьей сыворотки и 1%L-глутамин на первый и второй дни после посева. Чтобы оценить спонтанное избиение кардиомиоцитов на мягком роботе, начиная с третьего дня культуры, поместите робота на перевернутую стадию оптического микроскопа и используйте программное обеспечение для объективного и видео захвата 5X для изображения активности кардиомиоцитов в течение 30 секунд при 20 кадрах в секунду.На пятый день используйте крышку слайда, чтобы аккуратно поднять мембраны на краю. Используя трехметровый PDMS в качестве держателя, прикрепите два электрода углеродного стержня с платиновой проволокой к шестиметровой чашке Петри, наполненной сердечной средой, и тщательно перенесите мягкого робота в тарелку. Затем нанесите квадратную волновую форму с шириной 50 миллисекундного импульса, значением смещения прямого тока в ноль вольт и пиковой амплитудой напряжения от 0,5 до шести вольт.Для электрической стимуляции с золотыми микроэлектродами, после изготовления многослойной конструкции, используйте серебряную пасту, чтобы прикрепить два медных провода к золотым электродам через внешний квадратный порт и покрыть пасту тонким слоем PDMS предварительно вылечить при 80 градусах по Цельсию в течение пяти минут. Затем поместите образец на горячую тарелку при 45 градусах по Цельсию в течение пяти часов, чтобы полностью перейти PDMS. После посева кардиомиоцитов на проводах подключен мягкий робот, нанесите на медные провода квадратный волновой электрический стимул с прямым током смещения значения одного вольта, пиковой амплитуды напряжения между 1,5 и пятью вольтами и частотами 0,5, один и два герца соответственно.Эти мягкие роботы были разработаны путем биомимикинга моделей двух различных водных животных, морских звезд и манта лучей. Кардиомиоциты, посеянные углеродной нанотрубкой GelMA слоев выставлены различные избиения поведения в соответствии с шаблоном расстояния. Для предотвращения необратимого полного прокатки мягкого робота во время динамического избиения кардиомиоцитов, расстояние между шаблонами слоя поддержки гидрогеля PEGDA было оптимизировано до 300 микрометров.В этих кадрах, приобретенных из записей сокращения, актуатор в форме манта-лучей можно четко наблюдать изгиб крыльев, как и ожидалось, с хвостом балансировки структуры путем выпрямления, когда крылья были надежно закрытия в середине. Некоторые мембраны демонстрируют вращающееся движение при контракте из-за неправильного микропаттерна углеродных нанотрубок GelMA и гидрогелей PEGDA. Сердечная ткань на микропаттернированных моделях PEGDA и углеродных нанотрубок GelMA также может быть визуализирована конфокаленной визуализацией F-actin DAPI.Частичное выравнивание одноосного саркомера и взаимосвязанных структур саркомера также можно наблюдать на узорчатых участках с помощью конфокальной микроскопии, а также хорошо взаимосвязанных саркомерных структур сердечных тканей, расположенных непосредственно над микроэлектрородами. Напряжение порога возбуждения отличается на разных частотах электрического стимула через внешний углеродный электрод или медный провод, подключенный к золотому электроду. УФ-перекрестный процесс PEGDA и gelMA микропаттернинга с использованием фотомасков имеет важное значение для получения высококачественного золота микроэлектроды включения многослойных покрыты.Биопечать может быть использована для изготовления микропаттернового гидрогеля и гибкого электрода. Мы использовали биопечать для получения геометрически четко определенного мягкого робота быстрым, недорогим и высокой пропускной способностью. Наш метод потенциально может способствовать развитию беспроводной электрической стимуляции мягкого робота путем интеграции гибкого электронного устройства непосредственно в эшафот на основе гидрогеля.Углеродные нанотрубки и органические растворители всегда должны обрабатываться внутри капота, так как углеродные нанотрубки могут попасть в легкие, что создает риск развития рака.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Адаптация Haptic Робот в 3Т МРТ

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

Проектирование Bio-отзывчивый робота из ДНК-оригами

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

Протокол для биоинспирированных Design: A Цокольный пробоотборник на основе морского ежа Челюсти

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

Биомеханическое Характеристика мягких тканей человека с помощью отступов и испытания на растяжение

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

Медико-класс Стерилизуемый Мишень для жидкости погруженных фиброфетоскоп калибровки оптических искажений

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 Приготовление биоинспирированных наноразмерных гидроксилапатита для биомедицинских применений

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

Мягкие литографических процедура для производства пластиковых Microfluidic устройства с видом портами прозрачно для видимого и инфракрасного света

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

Изокинетическое роботизированное устройство для улучшения тест-тест-тест и межрейтинговая надежность для растяжек рефлекс измерений в инсульта пациентов с спастичность

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

Сосредоточенная литография Ионного Луча для наноархитектур etch в микроэлектроды

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 ...