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

Detta dokument finansierades av National Institutes of Health (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award och AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

Denna studie genomfördes i strikt enlighet med rekommendationerna i guide för vård och användning av laboratoriedjur vid National Institutes of Health. Protokollet godkändes av den institutionella kommittén för djurvård och användning (IACUC) vid Brigham and Women's Hospital.
1. Gelma syntes
<ol><li>Lös upp 10 g gelatin i 100 ml Dulbeccos fosfatbuffbuffrad koks (DPBS) med hjälp av en magnetisk omrörare vid 50 °C.</li>
	<li>Tillsätt 8 ml methacrylic anhydrid långsamt under omr?...

<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>

Med denna metod kunde vi framgångsrikt tillverka en batoid fiskliknande bioinspirerad mjuk robot med en integrerad självaktivering hjärtvävnad på en flerskiktsstrukturerad byggnadsställning som styrs av inbäddade Au mikroelektroder. På grund av två distinkta mikromönstrade hydrogelskikt av PEGDA och CNT-GelMA hydrogels visade den bioinspirerade byggnadsställningen god mekanisk stabilitet och idealisk celljustering och mognad. PEGDA-mönstret lager, som fungerar som en brosk gemensamma av skelettet arkitektur i...

Moderna state-of-the-art mjuka robotar kan efterlikna hierarkiska strukturer och muskeldynamik i många levande organismer, såsom maneter1,2,sting ray2,bläckfisk3, bakterier4,och spermier5. Härma dynamiken och arkitekturen i naturliga system erbjuder högre prestanda när det gäller både energisk och strukturell effektivitet6. Detta är i sig relaterat till den mjuka naturen hos naturlig vävnad (t.ex. hud- eller muskelvävnad med en Youngs modulus mellan 104−109 Pa) vilket möjliggör högre frihetsgrader och överlägsen deformation och anpassningsförmåga jämfört med standardiserade ställdon (t.ex. en Youngs modulus vanligtvis mellan 109−1012 Pa)6. Hjärt muskel-baserade mjuk-ställdon, särskilt, visar överlägsen energieffektivitet på grund av deras självaktivering samt deras potential för autorepair och förnyelse jämfört med ett mekaniskt baserat robotsystem7. Tillverkningen av mjuka robotar är dock utmanande på grund av nödvändigheten av att integrera olika komponenter med olika fysiska, biologiska och mekaniska egenskaper i ett system. Till exempel måste konstruerade syntetiska system integreras med levande biologiska system, inte bara ge dem strukturellt stöd utan också påverka och modulera deras aktiveringsbeteende. Dessutom kräver många mikrotillverkningsmetoder hårda/cytototoxiska processer och kemikalier som minskar livskraften och funktionen hos eventuella levande komponenter. Därför är nya metoder nödvändiga för att förbättra funktionaliteten hos de mjuka robotarna och för att kontrollera och modulera deras beteende.
För att framgångsrikt integrera levande komponenter med god lönsamhet är en hydrogelbaserad byggnadsställning ett utmärkt material för att skapa kroppen av en mjuk robot. En hydrogel fysiska och mekaniska egenskaper kan enkelt justeras för att skapa mikromiljöer för levande komponenter såsom muskelvävnader8,9. Dessutom kan det enkelt anta olika microfabrication tekniker, vilket resulterar i skapandet av hierarkiska strukturer med high fidelity1,2,10. Flexibla elektroniska apparater kan införlivas i den mjuka roboten för att styra sitt beteende med elektrisk stimulering. Till exempel, optogenetiska tekniker för att konstruera elektrogena celler (t.ex. kardiomyocyter), som visar en ljusberoende elektrofysiologisk aktivering, har använts för att utveckla en polydimethylsiloxane (PDMS)-baserade mjuk robot sting ray styrs av ljus som kunde återskapa den böljande rörelsen av fisken in vitro2. Även om optogenetiska tekniker har visat utmärkt kontrollerbarhet, använder det presenterade arbetet elektrisk stimulering, en konventionell och traditionell simuleringsmetod. Detta beror på att elektrisk stimulering via flexibla mikroelektroder är enkel och enkel jämfört med optogenetiska tekniker, som kräver omfattande utvecklingsprocesser11. Användning av flexibla elektroniska apparater kan möjliggöra långsiktig stimulering och standard /enkel tillverkning processer samt intekande biokompatibilitet och fysiska och mekaniska egenskaper12,13.
Här presenterar vi en innovativ metod för att tillverka en bioinspirerad mjuk robot, aktiveras av misshandel av konstruerad hjärtmuskelvävnad och styrs av elektrisk stimulering genom inbäddade flexibla Au mikroelektroder. Den mjuka roboten är utformad för att efterlikna muskel- och broskstrukturen i stingstrålen. Stingstrålen är en organism med en relativt lätt att efterlikna struktur och rörelse jämfört med andra badarter. Musklerna återskapas in vitro genom sådd kardiomyocyter på ett elektriskt ledande hydrogel mikromönster. Som tidigare rapporterats, införliva elektriskt ledande nanopartiklar såsom CNT i GelMA hydrogel inte bara förbättrar den elektriska kopplingen av hjärtvävnaden, men också inducerar en utmärkt in vitro vävnad arkitektur och arrangemang8,9. Brosklederna härmar sedan med hjälp av ett mekaniskt robust PEGDA hydrogelmönster som fungerar som det mekaniskt robusta substratet i hela systemet. Flexibla Au-mikroelektroder med serpentinmönster är inbäddade i PEGDA-mönstret för att lokalt och elektriskt stimulera hjärtvävnaden.

<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

Bioinspirerade mjuka robotsystem som efterliknar levande organismer med hjälp av konstruerad muskelvävnad och biomaterial revolutionerar det nuvarande biorobotparadigmet, särskilt inom biomedicinsk forskning. Återskapa artificiell verklighetsliknande aktiveringsdynamik är avgörande för ett mjukt robotsystem. Men den exakta kontrollen och justeringen av aktiveringsbeteende representerar fortfarande en av de största utmaningarna i moderna mjuka robotsystem. Denna metod beskriver en billig, mycket skalbar och lättanvänd förfarande för att tillverka en elektriskt kontrollerbar mjuk robot med verklighetstrogna rörelser som aktiveras och styrs av sammandragning av hjärtmuskelvävnad på ett mikromönstrad sting ray-liknande hydrogel byggnadsställning. Användningen av mjuka fotolitografimetoder gör det möjligt att framgångsrikt integrera flera komponenter i det mjuka robotsystemet, inklusive mikromönstrade hydrogelbaserade byggnadsställningar med kolnanorör (CNTs) inbäddade gelatinmecryloyl (CNT-GelMA), poly(etylenglykol) diakrylaterat (PEGDA), flexibla guld (Au) mikroelektroder och hjärtmuskelvävnad. I synnerhet hydrogeler anpassning och mikromönster är utformade för att efterlikna muskel och brosk struktur sting ray. Den elektriskt ledande CNT-GelMA hydrogel fungerar som en cell byggnadsställning som förbättrar mognad och kontraktion beteende kardiomyocyter, medan mekaniskt robust PEGDA hydrogel ger strukturella brosk-liknande stöd till hela mjuk robot. För att övervinna den hårda och spröda karaktären av metallbaserade mikroelektroder, utformade vi en serpentin mönster som har hög flexibilitet och kan undvika att hämma den slående dynamiken i kardiomyocyter. Den inbyggda flexibla Au mikroelektroder ger elektrisk stimulering över den mjuka roboten, vilket gör det lättare att kontrollera kontraktion beteende hjärtvävnad.

Flödesdiagram över stegen för att utveckla Au microelectrode-incorporated bioinspirerad mjuk robot Syftet med den mjuka robotdesignen var att bygga ett membran som kan aktivera en simrörelse med minimal komplexitet. Strukturen måste kunna upprätthålla starka flexions upprepade gånger över tiden (ca 1 Hz) och kunna hålla formen samtidigt uppnå en stark stryk. Genom att selektivt foto korsa polymeren med fotomasker, tillverkade vi en hierarkiskt strukturerad byggnadsställning bestående av e...

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

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

En bioinspirerad byggnadsställning tillverkas av en mjuk fotolitografiteknik med mekaniskt robusta och elektriskt ledande hydrogeler. De mikromönstrade hydrogelerna ger riktningskardiomyocytcelljustering, vilket resulterar i en skräddarsydd riktning för aktivering. Flexibla mikroelektroder är också integrerade i byggnadsställningen för att få elektrisk styrbarhet för en självaktivering av hjärtvävnad.

Bioinspirerad mjuk robot med inbyggda mikroelektroder

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

Vår nya metod för att fabricera elektriskt styrt bioinspirerat ställdon kan inte bara övervinna begränsningen av befintligt biohybriddon, utan också starkt förstärka prestandan hos cellbaserat ställdon. Med hjälp av denna låga kostnad och lätthanterliga teknik kan aktiveringsbeteendet hos bioinspirerad mjuk robot styras och ställas in vilket leder till realtidsstimulering. Vår nya metod kan potentiellt utvidgas mot tillämpningen av trådlös drivs implanterbara flexibel elektronisk anordning för hjärtregenerering.Denna metod kan också fungera som en ny plattform för studier av den lokala elektriska stimulering av cell latent konstruktioner. Börja med att lösa upp 80 milligram GelMA i fyra milliliter av Dulbeccos PBS. Tillsätt sedan 20 milligram karboxylsyra funktionaliserad multiwalled kolnanorör och sonikera lösningen i en timme på 660 millihertz och 100 watt.För att skapa mikromönster PEGDA, placera ett lager av 50 mikrometer tjock kommersiell transparent tejp till en TMSPMA belagda glas slide, häll 15 mikroliter av 20%PEGDA prepolymer lösning ovanpå belagda glas slide, sedan täcka den med guld mikroelektroder. Placera den första fotomasken ovanpå bilden och exponera hela konstruktionen för 200 watt ultraviolett ljus vid 800 milliwatt intensitet och en åtta centimeters avstånd i 110 sekunder. I slutet av UV-exponeringen, lägg glaset glida in Dulbecco's PBS.Tillsätt en 20 mikroliterdropp av lösningen för kolnanorör GelMA-prepolymer mellan distanserna. Efter fem till 10 minuter, försiktigt lossa mikromönster PEGDA hydrogel och guld mikroelektroder från obestruket glas substrat och placera glid upp och ner på distanserna. Fixera glidningen till skålen med tejp och vänd hela monteringen upp och ner.Placera den andra fotomasken på glasglaset och utsätt monteringen för UV-ljus som visats i 200 sekunder. Vid slutet av exponeringen, tvätta ställningen en gång med färska Dulbeccos PBS och en gång med cellkultur medium kompletteras med 10%fetala nötkreatur serum. Placera sedan byggnadsställningen i färskt medium i en ny petriskål i en 37 grader Celsius inkubator över natten.Efter kardiomyocyte isolering från två dagar gamla neonatal råtta hjärtan enligt standardprotokoll, resuspend cellerna på en 1,95 gånger 10 till de sex cellerna per milliliter av hjärt medium koncentration och utsäde cellerna på den tillverkade mjuka roboten i droppar. När hela ytan av anordningen har täckts, inkubera proverna på 37 grader Celsius i fem dagar, ersätta kulturen supernatant med fem milliliter av färsk cellkultur medium kompletteras med 2%fetala nötkreatur serum och 1%L-glutamin den första och andra dagarna efter sådd. För att bedöma den spontana misshandeln av kardiomyocyterna på den mjuka roboten, med början dag tre av kultur, placera roboten på en inverterad optisk mikroskop skede och använda en 5X eller 10X objektiv och video capture programvara för att bilden kardiomyocyte aktivitet i 30 sekunder på 20 bilder per sekund.På dag fem, använd en täckrutschbana för att försiktigt lyfta membranen vid kanten. Med hjälp av en tre centimeters fördelade PDMS som hållare, fäst två kolstavelektroder med platinatråd till en sex centimeter Petriskål fylld med hjärtmedium och överför försiktigt den mjuka roboten till skålen. Applicera sedan en kvadratisk vågform med en 50 millisekunders pulsbredd, likströmsoffsetvärdet noll volt och toppspänningsamplitud mellan 0,5 och sex volt.För elektrisk stimulering med guldet mikroelektroder, efter tillverkning av flerskiktskonstruktion, använd silverpasta för att fästa två koppartrådar till guldelektroderna genom en extern fyrkantig port och täcka pastan med ett tunt lager PDMS förhärdad vid 80 grader Celsius i fem minuter. Placera sedan provet på en värmeplatta vid 45 grader Celsius i fem timmar för att helt tvärlänka PDMS. Efter seedning kardiomyocyte på ledningarna ansluten mjuk robot, tillämpa en fyrkant våg elektrisk stimulans på koppartrådarna med den direkta strömmen offset värdet av en volt, en topp spänning amplitud mellan 1,5 och fem volt, och frekvenser på 0,5, en, och två hertz respektive.Dessa mjuka robotar designades av biomimicking mönstren av två olika vattenlevande djur, sjöstjärna och manta ray. Den kardiomyocyte seedade kol nanotube GelMA lager uppvisade olika slå beteenden enligt mönstret avstånd. För att förhindra irreversibel fullständig rullning av den mjuka roboten under den dynamiska misshandeln av kardiomyocyterna optimerades mönstrets avstånd av PEGDA hydrogelstödsskiktet till 300 mikrometer.I dessa ramar som förvärvats från kontraktionsinspelningar, kan en manta ray formad actuator tydligt observeras böja vingarna som förväntat med svansen balansera strukturen genom att räta när vingarna var robust stängning i mitten. Några av membranen visar en roterande rörelse medan upphandlande på grund av feljusterade mikromönster kol nanorör GelMA och PEGDA hydrogels. Hjärtvävnad på mikromönster PEGDA och kolnanorör GelMA mönster kan också visualiseras av F-aktin DAPI confocal imaging.Partiell uniaxial sarcomere anpassning och sammankopplade sarcomere strukturer kan också observeras på de mönstrade områdena genom confocal mikroskopi samt väl sammankopplade sarcomere strukturer av hjärt vävnader ligger direkt ovanför mikroelektroderna. Excitationens tröskelspänning är olika vid olika frekvenser av elektrisk stimulans genom den yttre kolelektroden eller koppartråden som är kopplad till guldelektroden. DEN UV crosslinking förlopp av PEGDA och den GelMA micropatterning användande photomasks är viktig för få hög kvalitet guld microelectrode inkorporering multilayers omfattat.Bioprinting kan användas för att fabricera mikromönster hydrogel och flexibel elektrod. Vi använde bioprinting för att erhålla geometriskt väldefinierad mjuk robot på ett snabbt, billigt och högt genomströmningssätt. Vår metod kan potentiellt bidra till utvecklingen av den trådlösa elektriska stimuleringen av mjuk robot genom integrering av flexibel elektronisk anordning direkt i hydrogel-baserade byggnadsställning.Kolnanorör och organiska lösningsmedel bör alltid hanteras inuti en huva som kolnanorörfibrer kan ta sig in i lungorna utgör en risk för cancerutveckling.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Anpassning av en haptisk robot i en 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

Designa en Bio-lyhörd robot från 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

Ett protokoll för Bioinspired Design: En jord Sampler Baserat 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

Biomekanisk karakterisering av mänskliga mjuka vävnader med hjälp av indrag och dragprovning

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

Medicinsk kvalitet Steriliserbart mål för Fluid-nedsänkt fetoscope Optical Distortion Kalibrering

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 Framställning av Bioinspired Nanoscale hydroxyapatit för biomedicinska tillämpningar

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

Mjuk litografiskt förfarande för att producera plast mikroflödessystem enheter med Visa-portar Transparent för synligt och infrarött ljus

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

ISO Kinetic Robotic Device för att förbättra test-omtest och Inter-bedömare tillförlitlighet för stretch reflex mätningar hos strokepatienter med spasticitet

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

Fokuserad jonstråle litografi till etch nano-arkitekturer i mikroelektroder

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 ...