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

Bu makale Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Brigham Araştırma Enstitüsü Stepping Strong Yenilikçi Ödülü ve AHA Yenilikçi Proje Ödülü (19IPLOI34660079) tarafından finanse edilmiştir.

Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'ndaki tavsiyelere uygun olarak yürütülmüştür. Protokol, Brigham ve Kadın Hastanesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylandı.
1. GelMA sentezi
<ol><li>50 °C'de manyetik karıştırıcı kullanarak Dulbecco'nun fosfat tamponlu salininin (DPBS) 100 mL'sinde 10 g jelatini çözün.</li>
	<li>Jelatin prepolimer çözeltisini 50 °C'de 2 saat boyunca ...

<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>

Bu yöntemi kullanarak, gömülü Au mikroelektrotlar tarafından kontrol edilen çok katmanlı yapılandırılmış bir iskele üzerinde entegre kendi kendini harekete geçiren kardiyak doku ile batoid balık benzeri biyoesinlenen yumuşak bir robotu başarıyla üretebildik. PEGDA ve CNT-GelMA hidrojellerinden yapılmış iki farklı mikro desenli hidrojel katmanı sayesinde, biyoilham iskelesi iyi mekanik stabilite ve ideal hücre hizalaması ve olgunlaşması gösterdi. Bir sting ışınında iskelet mimarisinin kık...

Modern state-of-the-art yumuşak robotlar denizanası1gibi birçok canlı organizmaların hiyerarşik yapıları ve kas dinamikleri taklitedebilirsiniz,2, sting Ray2, ahtapot3, bakteri4, ve sperm5. Doğal sistemlerin dinamiklerini ve mimarisini taklit etmek hem enerjik hem de yapısal verimlilik açısından daha yüksek performans lar sunar6. Bu doğal dokunun yumuşak doğası ile doğal doğa ile ilgili (örneğin, 104-109 Pa arasında bir Young modülü ile deri veya kas dokusu) hangi özgürlük ve üstün deformasyon ve adaptasyon daha yüksek derecelerde sağlar standart mühendislik aktüatörler ile karşılaştırıldığında (örneğin, bir Genç modülü genellikle arasında 109−1012 Pa)6. Kardiyak kas tabanlı yumuşak aktüatörler, özellikle, mekanik tabanlı robotik sistem 7 ile karşılaştırıldığında kendi kendini harekete geçirerek yanı sıra otoonarım ve rejenerasyon için potansiyelleri nedeniyle üstün enerji verimliliği göstermek7. Ancak, yumuşak robotların imalatı, farklı fiziksel, biyolojik ve mekanik özelliklerle farklı bileşenlerin tek bir sisteme entegre edilmesi gereği nedeniyle zordur. Örneğin, tasarlanmış sentetik sistemlerin sadece yapısal destek sağlamakla kalmaması, aynı zamanda aktüasyon davranışlarını etkilemesi ve modüle etmesi yle birlikte, yaşayan biyolojik sistemlerle entegre edilmelidir. Buna ek olarak, birçok mikroüretim yöntemi, herhangi bir canlı bileşenin canlılığını ve işlevini azaltan sert/sitotoksik prosesler ve kimyasallar gerektirir. Bu nedenle, yumuşak robotların işlevselliğini geliştirmek ve davranışlarını kontrol etmek ve modüle etmek için yeni yaklaşımlar gereklidir.
İyi bir canlılık la yaşayan bileşenleri başarılı bir şekilde entegre etmek için, hidrojel bazlı iskele yumuşak bir robot un gövdesini oluşturmak için mükemmel bir malzemedir. Bir hidrojel fiziksel ve mekanik özellikleri kolayca kas dokuları gibi yaşayan bileşenler için mikroortamlar oluşturmak için ayarlanabilir8,9. Ayrıca, kolayca yüksek sadakat 1,2,10ile hiyerarşik yapılarınoluşturulması ile sonuçlanan, çeşitli mikroüretim teknikleri benimseyebilir. Esnek elektronik cihazlar, elektrikli stimülasyon ile davranışını kontrol etmek için yumuşak robot içine dahil edilebilir. Örneğin, Elektrojenik hücreleri (örneğin, kardiyomiyositler) oluşturmak için optogenetik teknikler, ışığa bağlı elektrofizyolojik aktivasyon gösteren, bir polidimethylsiloxane geliştirmek için kullanılmıştır (PDMS)-tabanlı yumuşak robotik sting ışını invitrobalık undulatory hareketini yeniden başardı 2 . Optogenetik teknikler mükemmel kontrol edilebilirlik göstermiş olsa da, sunulan çalışma geleneksel ve geleneksel bir simülasyon yöntemi olan elektriksel stimülasyon uyguluyor. Bunun nedeni, esnek mikroelektrotlar ile elektriksel stimülasyonun optogenetik tekniklere göre kolay ve basit olmasıdır, bu da kapsamlı gelişim süreçleri gerektiren11. Esnek elektronik cihazların kullanımı uzun vadeli stimülasyon ve standart / basit üretim süreçlerinin yanı sıra tasnif biyouyumluluk ve fiziksel ve mekanik özellikleri12,13için izin verebilir.
Burada, tasarlanmış kardiyak kas dokusunun dövülmesiyle harekete geçen ve gömülü esnek Au mikroelektrotlar aracılığıyla elektriksel uyarılma ile kontrol edilen, biyoilham lı yumuşak bir robot imal etmek için yenilikçi bir yöntem salıyoruz. Yumuşak robot, batma ışınının kas ve kıkırdak yapısını taklit etmek üzere tasarlanmıştır. Sting ışını, diğer yüzme türlerine göre yapısı ve hareketini taklit etmesi nispeten kolay olan bir organizmadır. Kaslar in vitro bir elektrikiletken hidrojel mikrodesen kardiyomiyosit tohumlama tarafından yeniden oluşturulur. Daha önce bildirildiği gibi, GelMA hidrojel CNT gibi elektriksel iletken nano tanecikleri birleştiren sadece kardiyak doku elektriksel kaplin geliştirir, ama aynı zamanda mükemmel bir in vitro doku mimarisi vedüzenlemeneden 8,9. Kıkırdak eklemleri daha sonra tüm sistemin mekanik olarak sağlam substratı gibi davranan mekanik olarak sağlam PEGDA hidrojel deseni kullanılarak taklit edilir. Serpantin desenli esnek Au mikroelektrotlar, kardiyak dokuyu lokal ve elektriksel olarak uyarmak için PEGDA desenine gömülür.

<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

Mühendislik kas dokusu ve biyomalzemeler kullanarak canlı organizmaları taklit biyoilham yumuşak robotik sistemleri, özellikle biyomedikal araştırmalarda, mevcut biyorobotik paradigma devrim vardır. Yapay yaşam benzeri aktüasyon dinamiklerini yeniden yaratmak yumuşak robotik bir sistem için çok önemlidir. Ancak, aktüasyon davranışının hassas kontrolü ve atoması hala modern yumuşak robot sistemlerinin en önemli sorunlarından birini temsil etmektedir. Bu yöntem, mikro desenli bir iğne üzerinde kardiyak kas dokusunun kasılması ile aktive ve kontrol yaşam benzeri hareketleri ile elektrikle kontrol edilebilir yumuşak bir robot imal etmek için düşük maliyetli, yüksek ölçeklenebilir ve kullanımı kolay bir prosedür açıklar Ray benzeri hidrojel iskele. Yumuşak fotolitografi yöntemlerinin kullanılması, karbon nanotüpler (CNTs) gömülü jelatin metakril (CNT-GelMA) ile mikro desenli hidrojel bazlı iskeleler de dahil olmak üzere, yumuşak robotik sisteme birden fazla bileşenin başarılı bir şekilde entegre edilmesimümkün kılmaktadır. poli (etilen glikol) diacrylate (PEGDA), esnek altın (Au) mikroelektrotlar ve kardiyak kas dokusu. Özellikle, hydrogels hizalama ve mikro desen sting Ray kas ve kıkırdak yapısını taklit etmek için tasarlanmıştır. Elektriksel iletken CNT-GelMA hidrojel, kardiyomiyositlerin olgunlaşma ve daralma davranışını iyileştiren bir hücre iskelesi görevi görürken, mekanik olarak sağlam PEGDA hidrojeli tüm yumuşak robota yapısal kıkırdak benzeri destek sağlar. Metal bazlı mikroelektrotların sert ve kırılgan doğasını aşmak için, yüksek esnekliğe sahip ve kardiyomiyositlerin dayak dinamiklerini engellemeyi önleyebilen serpantin bir desen tasarladık. Dahil esnek Au mikroelektrotlar yumuşak robot genelinde elektriksel stimülasyon sağlamak, daha kolay kardiyak doku daralma davranışını kontrol etmek için yapım.

Au mikroelektrot bazlı biyoilham lı yumuşak robotun geliştirilmesi için atılan adımların akış diyagramı Yumuşak robot tasarımının amacı, en az karmaşıklığa sahip bir yüzme hareketini harekete kurabilen bir membran inşa etmekti. Yapı zaman içinde tekrar tekrar güçlü fleksiyonları sürdürebilmeli (yaklaşık 1 Hz) ve güçlü bir dayak elde ederken şeklini koruyabilmeli. Fotomaskeler kullanarak polimeri seçici olarak çapraz layarak, mikro desenli PEGDA hidrojel tabakası,...

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

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Biyoilham iskelesi, mekanik olarak sağlam ve elektriksel iletken hidrojeller kullanılarak yumuşak bir fotolitografi tekniği ile imal edilir. Mikro desenli hidrojeller yönlü kardiyomiyosit hücre hizalama sağlar, aktüasyon özel bir yönde sonuçlanan. Esnek mikroelektrotlar da kendi kendini harekete geçiren bir kardiyak doku için elektrik kontrol edilebilirlik getirmek için iskele entegre edilmiştir.

Anonim Mikroelektrotlu Bioinspired Yumuşak Robot

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

Elektrik kontrollü biyoesinlenen aktüatör imal yeni yöntem sadece mevcut biyohibrid aktüatör sınırlama üstesinden gelmek değil, aynı zamanda güçlü hücre tabanlı aktüatör performansını artırmak. Bu düşük maliyetli ve kullanımı kolay tekniği kullanarak, biyoilham yumuşak robotun aktüasyon davranışı kontrol edilebilir ve gerçek zamanlı uyarılma yol ayarlı. Yeni yöntemimiz potansiyel olarak kalp yenilenmesi için kablosuz destekli implante edilebilir esnek elektronik cihazın uygulanmasına doğru genişletilebilir.Bu yöntem aynı zamanda hücre latent yapılar yerel elektrikstimülasyon çalışması için yeni bir platform olarak hizmet verebilir. Dulbecco PBS dört mililitre GelMA 80 miligram eriterek başlayın. Sonra karboksilik asit fonksiyonel multiwallized karbon nanotüpler 20 miligram ekleyin ve 660 milihertz ve 100 watt bir saat için çözüm sonicate.Mikro desenli PEGDA oluşturmak için, bir TMSPMA kaplı cam slayt için 50 mikrometre kalınlığında ticari şeffaf bant bir tabaka yerleştirin, kaplamalı cam slayt üstüne% 20 PEGDA prepolimer çözeltisi 15 mikrolitre dökün, sonra altın mikroelektrotlar ile kaplayın. İlk fotoğraf maskesini kaydırağın üzerine yerleştirin ve tüm yapıyı 800 miliwatt yoğunlukta 200 watt ultraviyole ışığa ve 110 saniye boyunca sekiz santimetre lik mesafeye maruz bırakın. UV maruziyetinin sonunda, cam kaydırağı Dulbecco'nun PBS'sine koyun.Spacers arasında karbon nanotüp GelMA prepolimer çözeltisi 20 mikrolitre damla ekleyin. Beş ila 10 dakika sonra, mikro desenli PEGDA hidrojeli ve altın mikroelektrotları kaplamasız cam alt tabakadan dikkatlice ayırın ve kaydırağı yerle bir edin. Yapışkan bantla kaydırağı tabağa sabitleyin ve tüm montajı ters çevirin.İkinci fotoğraf maskesini cam kaydırağA yerleştirin ve 200 saniye boyunca gösterildiği gibi montajı UV ışığına maruz bırakın. Pozlama sonunda, taze Dulbecco PBS ve hücre kültürü orta% 10 fetal sığır serum ile takviye ile bir kez iskele yıkayın. Sonra bir gecede 37 derece santigrat derece kantigrat yeni bir Petri kabında taze ortamda iskele yerleştirin.Standart protokollere göre iki günlük yenidoğan sıçan kalplerinden kardiyomiyosit izolasyonundan sonra, hücreleri 1,95 çarpı 10 ile kardiyak orta konsantrasyonun mililitresi başına altı hücreye kadar askıya alın ve hücreleri damlacıklı yumuşak robota tohumlar. Cihazın tüm yüzeyi kaplandığında, numuneleri beş gün boyunca 37 santigrat derecede kuluçkaya yatırın, kültür süpernatantını %2 fetal büyükbaş hayvan serumu ve tohumlamadan sonraki ilk ve ikinci gün %1 L-glutamin ile takviye edilmiş beş mililitre taze hücre kültürü ortamıyla değiştirin. Yumuşak robotüzerinde kardiyomiyositlerin kendiliğinden dövülmesini değerlendirmek için, kültürün üçüncü gününden itibaren robotu ters optik mikroskop aşamasına yerleştirin ve kardiyomiyosit aktivitesini saniyede 20 kare de 30 saniye boyunca görüntülemek için 5X veya 10X nesnel ve video yakalama yazılımı kullanın.Beşinci günde, kenardaki membranları hafifçe kaldırmak için bir kapak kaydırağı kullanın. Bir tutucu olarak üç santimetre aralıklı PDMS kullanarak, kardiyak orta ile dolu altı santimetre Petri çanak platin tel ile iki karbon çubuk elektrotlar yapıştırın ve dikkatle çanak yumuşak robot aktarın. Daha sonra 50 milisaniyelik darbe genişliği, sıfır voltun doğru akım ofset değeri ve 0,5 ile 6 volt arasında pik voltgenlik içeren kare dalga formu uygulayın.Altın mikroelektrotlar ile elektrikstimülasyon için, çok katmanlı yapı nın imalatından sonra, dış kare bağlantı noktası üzerinden altın elektrotlara iki bakır tel takmak için gümüş macunu kullanın ve macunu 80 santigrat derecede beş dakika önceden tedavi edilmiş ince bir PDMS tabakası ile kapatın. Daha sonra, PDMS'yi tamamen birbirine bağlamak için numuneyi 45 santigrat derecede beş saat boyunca sıcak bir tabağa yerleştirin. Yumuşak robota bağlı tellere kardiyomiyosit serilettikten sonra, bakır tellere bir voltun doğru akım ofset değeri, 1,5 ile 5 volt arasında bir pik voltaj genliği ve sırasıyla 0,5, bir ve iki hertz frekansı ile bir kare dalga elektrik selantı uygulayın.Bu yumuşak robotlar iki farklı su hayvanı, denizyıldızı ve manta ışını desenleri biyotaklit tarafından tasarlanmıştır. Kardiyomiyosit tohumlu karbon nanotüp GelMA katmanları desen mesafeleri göre farklı dayak davranışları sergiledi. Kardiyomiyositlerin dinamik dayak sırasında yumuşak robotun geri dönülmez şekilde yuvarlanmasını önlemek için PEGDA hidrojel destek tabakasının desen aralığı 300 mikrometreye optimize edildi.Daralma kayıtlarından elde edilen bu çerçevelerde, manta ışını şeklindeki bir aktüatör, kanatların ortada sağlam bir şekilde kapanırken düzleştirici olarak yapıyı dengeleyerek kuyruk dengelemesi ile beklendiği gibi kanatları bükterken açıkça gözlemlenebilir. Bazı membranlar yanlış hizalanmış mikro desenli karbon nanotüp GelMA ve PEGDA hidrojelleri nedeniyle daralma sırasında dönen bir hareket göstermektedir. Mikro desenli PEGDA ve karbon nanotüp GelMA desenleri üzerinde kardiyak doku da F-aktiin DAPI konfokal görüntüleme ile görselleştirilmiş olabilir.Parsiyel tek eksenli sarcomere hizalaması ve birbirine bağlı sarcomere yapıları, konfokal mikroskopi ile desenli alanlarda ve mikroelektrotların hemen üzerinde yer alan kardiyak dokuların birbirine bağlı sarkometre yapıları ile de gözlemlenebilir. Uyarma eşik gerilimi, altın elektrota bağlı harici karbon elektrodu veya bakır tel aracılığıyla elektriksel uyaranların farklı frekanslarında farklıdır. PEGDA'nın UV çapraz bağlama işlemi ve fotomaskeler kullanan GelMA mikro desenleme, çok katmanlı kapalı yüksek kaliteli altın mikroelektrot elde edilmesi için önemlidir.Biyobaskı mikro desenli hidrojel ve esnek elektrot imalatı için kullanılabilir. Biz geometrik olarak iyi tanımlanmış yumuşak robot hızlı, ucuz ve yüksek üretim şekilde elde etmek için biyobaskı kullanılır. Yöntemimiz, esnek elektronik cihazın doğrudan hidrojel bazlı iskeleye entegrasyonu yoluyla yumuşak robotun kablosuz elektriksel uyarılmasının geliştirilmesine potansiyel olarak katkıda bulunabilir.Karbon nanotüp ve organik çözücüler her zaman karbon nanotüp lifleri kanser gelişimi için bir risk teşkil akciğerlere kendi yolunu yapabilirsiniz gibi bir başlık içinde ele alınmalıdır.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

3T fMRI Haptik Robot Adaptasyon

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

DNA Origami bir Bio-duyarlı Robot Tasarımı

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

Biyolojik Tabanlı Akıllı Tasarım için Protokol: A Zemin Sampler Deniz Kestanesi Jaws dayanarak

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

Girinti ve Çekme Test Kullanarak İnsan Yumuşak Doku biyomekanik Karakterizasyonu

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

Sıvı-dalmış Fetoscope Optik Distorsiyon Kalibrasyon Tıbbi dereceli Sterilize Hedef

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

Biyomedikal Uygulamalar için Biyolojik Tabanlı Akıllı Nano Hidroksiapatit Rapid Mix Hazırlanması

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

Görünüm-bağlantı noktaları görünür ve kızılötesi ışık şeffaf plastik mikrosıvısal cihazlar üretmek için yumuşak tekniğinde yordamı

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

Spasticity ile Inme hastalarda streç refleks ölçümleri için test-retest ve Inter-Rater güvenilirlik geliştirmek için isokinetic robotik cihaz

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

Etch Nano mimarilerine mikroelektrotlara odaklanmış iyon ışını Litografisi

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 ...