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Bioengineering

कार्डिएक मस्सिकल-सेल आधारित एक्ट्यूएटर और स्व-स्थिर ब्योरोबोट - भाग 1

Published: July 11, 2017 doi: 10.3791/55642
Automatic Translation
*1, *2, 1, *2, *1
1Division of Electrical and Computer Engineering, Louisiana State University, 2Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Bioengineering Graduate Program, University of Notre Dame
* These authors contributed equally

Summary

इस दो-भाग के अध्ययन में, एक जैविक एक्ट्यूएटर अत्यधिक लचीले पॉलीडिमथिलसिलोक्सीन (पीडीएमएस) कैंटिलीवर और जीवित मांसपेशी कोशिकाओं (कार्डियोयोमोसाइट्स) का उपयोग करके विकसित किया गया था, और इसकी विशेषता थी। जैविक एक्ट्यूएटर को एक आत्मनिर्भर, तैराकी बायरोबोट बनाने के लिए संशोधित पीडीएमएस सामग्रियों से बने आधार के साथ शामिल किया गया था।

Abstract

जैविक मशीन अक्सर बोरोबोट्स के रूप में संदर्भित होती हैं, जो जीवित घटकों की सिकुड़ा गतिविधि द्वारा पूरी तरह संचालित होती हैं, सेल या ऊतक-आधारित डिवाइस रहते हैं। अपने अंतर्निहित लाभों के कारण, बायरोबॉट पारंपरिक रूप से कृत्रिम रोबोटों के विकल्प के रूप में रुचि ले रहे हैं। विभिन्न अध्ययनों से जैविक एक्ट्यूएटर की शक्ति का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित किया गया है, लेकिन हाल ही में अध्ययनों में मात्रात्मक रूप से बायरोबोटों के प्रदर्शन की विशेषता है और कार्यक्षमता और दक्षता बढ़ाने के लिए उनके ज्यामिति का अध्ययन किया है। यहां, हम एक स्व-स्थिर स्विमिंग बायरोबोट के विकास का प्रदर्शन करते हैं जो बाहरी हस्तक्षेप के बिना अपनी पिच, गहराई और रोल बनाए रख सकते हैं। जैविक एक्ट्यूएटर और बायरोबोट के लिए पीडीएमएस स्कैफोल्ड का डिजाइन और निर्माण, फ़िब्रोनिक्टिन के साथ कार्यात्मककरण के अनुसार इस प्रथम भाग में वर्णित है। इस दो-भाग के लेख के दूसरे भाग में, हम कार्डिययोओमायसाइट्स का समावेश करते हैं और जैविक एंटू को चिह्नित करते हैंएटोर और बायरोबोट फ़ंक्शन दोनों एक आधार और पूंछ (ब्रैकट) शामिल करते हैं जो पंख आधारित प्रणोदन का उत्पादन करते हैं। पूंछ PDMS और लेजर उत्कीर्णन का उपयोग करते हुए नरम लिथोग्राफी तकनीकों के साथ बनाई गई है। डिवाइस आधार के साथ पूंछ को शामिल करने के बाद, यह एक सेल चिपकने वाला प्रोटीन के साथ कार्यात्मक होता है और कार्डिओमायोसाइट्स के साथ संगृहीत होता है। जैविक एनाकुएटर के आधार में एक ठोस गिलास बीड (एक वजन के रूप में कार्य करता है) के साथ एक ठोस पीडीएमएस ब्लॉक होता है। बायरोबोट के आधार में दो समग्र PDMS सामग्री, नी-पीडीएमएस और माइक्रोबौलून-पीडीएमएस (एमबी-पीडीएमएस) शामिल हैं। निकल पाउडर (नी-पीडीएमएस में) बाइक के दौरान चुंबकीय नियंत्रण की अनुमति देता है, जो कि कोशिकाओं के दौरान बीजिंग और स्थिरता होती है। Microballoons (MB-PDMS में) एमबी-डीडीएमएस की घनत्व को कम करते हैं, और बायरोबोट को फ्लोट करने और तेजी से तैरने में सक्षम बनाते हैं। विभिन्न सामूहिक घनत्व वाले इन दो सामग्रियों के उपयोग, बायरोबोट के किसी भी कोण पर एक सकारात्मक बहाली बल सुनिश्चित करने के लिए वजन वितरण पर सटीक नियंत्रण सक्षम किया गया। यह तकनीकचुंबकीय रूप से नियंत्रित स्व-स्थिर स्विमिंग बायरोबोट का उत्पादन करता है

Introduction

कई अनुप्रयोगों के लिए पारंपरिक रोबोटिक्स के विकल्प प्रदान करने के लिए जैविक कार्यवाहक और बायरोबोट सक्रिय रूप से अध्ययन किए जा रहे हैं। 5 , 6 , 7 , 8 , 5 , 5 , 5 , 4 , पंप 9 , 10 या पिप 11 , 12 , 13 पर चलने वाले बायरोबोट पहले ही विकसित हो चुके हैं इसी तरह, मांसपेशियों की कोशिकाओं को एक 3 डी रोल्ड PDMS संरचना 14 में शामिल किया जा सकता है। अक्सर, बायरोबोट बैकबोन को नरम लिथोग्राफी तकनीकों का उपयोग हाइड्रोजेल और पीडीएमएस (पॉलीडिमैथाइलसिलोक्सन) जैसी सामग्री के साथ किया जाता है। ये उनके लचीलेपन, बायोकैंपैतिब के कारण आकर्षक विकल्प हैंकठिनाई, और आसानी से ट्यून करने योग्य कठोरता लिविंग मांसपेशी कोशिकाओं को आमतौर पर संकुचन के माध्यम से बल उत्पादन प्रदान करने के लिए इन सामग्रियों के साथ शामिल किया जाता है। स्तनधारी हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं (कार्डियोयोमोसाइट्स) और कंकाल की मांसपेशियों की कोशिकाओं का प्रभावी ढंग से क्रियान्वयन के लिए उपयोग किया गया है इन दोनों के अलावा, कमरे के तापमान 3 में बायरोबोट संचालित करने के लिए कीट मांसपेशियों के ऊतकों का इस्तेमाल किया गया है। इस दो-भाग के अध्ययन में, कार्डिओमायसाइट्स को अपने सहज संकुचन के कारण चुना गया था।

बायोरोबॉट पर पहले के शोध में जैविक एक्ट्यूएटर के विकास पर ध्यान केंद्रित किया गया था जबकि बायरोबोट वास्तुकला का अनुकूलन और बायरोबोटों के लिए आवश्यक कार्यात्मकताओं के विकास को काफी हद तक उपेक्षित किया गया था। हाल ही में, कुछ रिपोर्टें विभिन्न तैराकी विधियों के कार्यान्वयन का प्रदर्शन करती हैं जो प्रकृति में पाए जाने वाले प्रणोदन मोड से प्रेरित थीं। इन विधियों में विभिन्न प्राकृतिक प्रणोदन विधियों की नकल करने के लिए PDMS फिल्में और मांसपेशियों की कोशिकाओं को शामिल किया गया है। उदाहरण के लिए, फ़्लैगएला-आधारित प्रणोदन 1 , बायोमीमेटिक जेलीफ़िश प्रणोदन 2 , बायो-हाइब्रिड रे 4 , और पतली फिल्म PDMS स्विमिंग डिवाइस 13 की सूचना दी गई है।

इस पत्र में, हम तैरने वाले बायरोबोट्स को आत्मनिर्भरित करने की प्रक्रिया प्रस्तुत करते हैं जो विसर्जन की गहराई के साथ ही पिच और रोल को बनाए रख सकते हैं। बायरोबॉट में एक ठोस आधार या शरीर होता है, जो कि इसकी सतह से जुड़ी कार्डियोयोमोसाइट्स के साथ एक एकल ब्रैकट द्वारा प्रेरित होता है। कार्डिओमायसाइट्स ब्रेटिलाइवर को एक अनुदैर्ध्य दिशा में झुकाते हैं, जब वे अनुबंध करते हैं। तैराकी के इस फार्म को बहिष्कार स्वरूप तैराकी के रूप में वर्गीकृत किया गया है। बेस पर अतिरिक्त कार्यप्रणाली जोड़ने की क्षमता बहिष्कार तैराकी का एक अनूठा लाभ है। उदाहरण के लिए, कार्डिओमायोटिक संकुचन के लिए अतिरिक्त कारगोज या कंट्रोल सर्किटरी को ले जाने के लिए बेस का इस्तेमाल किया जा सकता है।

स्थिरताबायरोबोट के पिछले अध्ययनों में अक्सर बायरोबोट की अनदेखी की गई थी इस अध्ययन में, हमने बड़े पैमाने पर घनत्वों के अलग-अलग मिश्रित पीडीएमएस सामग्रियों के साथ बेस को डिजाइन करके स्व-स्थिरीकरण को लागू किया है। बायरोबोट इस प्रकार बाह्य गड़बड़ी के प्रतिरोध को दर्शाता है और इसकी डुबकी, गहराई, पिच और रोल, बिना सहायता प्राप्त, रखता है। पहली परत माइक्रोबौलून पीडीएमएस (एमबी-पीडीएमएस) है, यानी पीडीएमएस जो कि माइक्रोबौलून्स के साथ मिश्रित होती है, जो कि बॉयोरोबॉट की घनत्व को कम करती है, जिससे यह मीडिया में फ्लोट करने में सक्षम हो जाता है। दूसरी परत PDMS ब्रैकट है, और इसकी मोटाई ऐसे अनुरूप है, जो कार्डियोमोसाइट्स द्वारा उत्पन्न बल नाटकीय रूप से ब्रैकट को 45 डिग्री से 9 0 डिग्री तक मोड़ सकते हैं निचली परत निकल-पीडीएमएस (नी-पीडीएमएस) है, यानी निकल पाउडर के साथ मिलाया पीडीएमएस। यह परत कई कार्यों को करता है यह चुंबकीय है, और इसलिए एक चुंबक के साथ सेल बोने के दौरान, मध्यम के नीचे बायरोबोट को लंगराने की अनुमति देता है। निकल मिश्रण एमबी-पीडीएमएस से अधिक घनत्व है औरमध्यम, और फ्लोरिंग करते समय बायरोबोट की एक ईमानदार स्थिति सुनिश्चित करें। इस परत का वजन किसी भी पिच और रोल पर बोरोबोट पर एक बहाल टोक़ उत्पन्न करता है। इसके अलावा, नी-पीडीएमएस और एमबी-पीडीएमएस के बीच का अनुपात अनुपात डुबकी गहराई को बनाए रखता है। पेश प्रोटोकॉल मांसपेशियों की कोशिकाओं और ऊतकों की पिटाई बल की विशेषता में रुचि रखने वाले शोधकर्ताओं के लिए और साथ ही जो तैरने वाली बायरोबोट्स बनाना चाहते हैं, उनके लिए बहुत उपयोगी होगा।

कार्यात्मक जैविक एक्ट्यूएटर और बायरोबोट डिवाइसों के बीजिंग, कोशिकाओं के यांत्रिक और जैव रासायनिक लक्षण वर्णन और डिवाइस फ़ंक्शन के मात्रात्मक विश्लेषण को इस दो भाग के लेख के भाग 2 में और साथ ही हाल के 15 कार्य के बारे में विस्तार से वर्णित किया गया है।

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Protocol

1. PDMS और Additives के मास की गणना

  1. निम्नलिखित प्रक्रियाओं में विशिष्ट ऊंचाइयों के लिए आवश्यक PDMS के द्रव्यमान का पता लगाने के लिए निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करें,
    एम = ρ * वी = ρ * ऊंचाई * क्षेत्र (1),
    जहां 'ऊँचाई' परत की ऊंचाई है, 'क्षेत्र' एक कंटेनर का क्षेत्र है जो पीडीएमएस में ठीक हो जाएगा, 'ρ' मिश्रण का घनत्व है और 'वी' मात्रा है
    नोट: ऊंचाई गणना के लिए घनत्व PDMS = 0.965 ग्रा / एमएल, नी-पीडीएमएस = 1.639 ग्राम / एमएल, एमबी-पीडीएमएस = 0.648 ग्राम / एमएल है।
  2. जैविक एंटुएटर के आधार के लिए एक विशिष्ट ऊंचाई (5 मिमी) प्राप्त करने के लिए दिए गए कंटेनर के लिए अपेक्षित PDMS के द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए समीकरण (1) का उपयोग करें। PDMS का परिणामस्वरूप घनत्व 0.965 ग्रा / एमएल है।
    नोट: अनुपात 10: 1 बेस वजन से एजेंट इलाज करने के लिए है।
    एम बेस = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )(2)
    एम इलाज एजेंट = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )
  3. बायोरोबोट के निचले आधार के एक विशिष्ट ऊंचाई (1.5 मिमी) प्राप्त करने के लिए दिए गए कंटेनर के लिए आवश्यक नी-पीडीएमएस के द्रव्यमान को खोजने के लिए समीकरण (1) का उपयोग करें।
    नोट: अनुपात 1: 1.88 (वजन से पीडीएमएस के लिए निकेल पाउडर) और 1: 1.71: 0.171 (पीडीएमएस के आधार पर निकल पाउडर PDMS का उपचार करने के लिए वज़न द्वारा एजेंट)। नी-पीडीएमएस के परिणामस्वरूप घनत्व 1.639 ग्रा / एमएल होगा।
    एम निकेल = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण ) (3)
    एम बेस = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )
    एम इलाज एजेंट = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )
  4. इसी तरह, समीकरण (1) का उपयोग च बायरोबोट के शीर्ष आधार की एक विशिष्ट ऊंचाई (3.5 मिमी) प्राप्त करने के लिए किसी दिए गए कंटेनर के लिए आवश्यक एमबी-पीडीएमएस के द्रव्यमान में इंडेक्स।
    नोट: अनुपात 1: 5 (वजन के आधार पर PDMS के लिए माइक्रोब्लॉगन) और 1: 4.54: 0.454 (पीडीएमएस के वजन के द्वारा पीडीएमएस का इलाज करने वाले एजेंट के लिए माइक्रोबॉलुन)। MB-PDMS के परिणामस्वरूप घनत्व 0.648 ग्राम / एमएल होगा।
    एम माइक्रोबअलून = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण ) (4)
    एम बेस = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )
    एम इलाज एजेंट = ρ * वी = ρ * वी * ( समीकरण )
  5. विश्लेषण स्क्रिप्ट का उपयोग करके वांछित आयाम और ज्यामिति के साथ बायरोबोट की गतिशील स्थिरता की जांच करें; पूरक जानकारी, 'बोरोबोट_डिनेशन_स्टाबिलिटी.एम' और 'सीजीसीबीसीएक्ल्यूलेशन.एम' देखें।
2. एक स्टेशनरी बेस पर जैविक एक्टूएटर का निर्माण

नोट: आकृति 1 ए देखें

  1. स्पिन-कोट पतली फिल्म का PDMS (चित्र 1a-1 और a2 देखें)। परिणामस्वरूप डीडीएमएस फिल्म की मोटाई 25 माइक्रोन होगी।
    1. एक फोटोरिसिस्ट स्पिनर पर सिलिकॉन वेफर रखें और पंप स्विच को सक्शन का उत्पादन करने के लिए फ्लिप करें।
      नोट : सिलिकॉन वेफर में 4 इंच का व्यास और 500 माइक्रोन मोटाई है।
    2. सीलिकर वफ़र पर सकारात्मक photoresist ( उदाहरण के लिए S1808) डालें जब तक वेफर पूरी तरह से कवर नहीं किया जाता है। स्पिनर को 20 एस के लिए 2,000 आरपीएम पर स्पिन करने का कार्यक्रम फिर, पैर पेडल पर दबाव डालकर स्पिनर को शामिल करें कताई के बाद चूषण बंद करें
    3. एक गर्म प्लेट 120 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें स्पिनर से सिलिकॉन वेफर को लेने के लिए वफ़र चिमटी का प्रयोग करें और हॉटप्लेट पर सीधे सिलिकॉन वेफर को रखें। उथले पेट्री डिश के साथ वफ़र को कवर करें और 10 मिनट के लिए सेंकना करें।
      नोट : एक ओवन बीए के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैएक ही तापमान और अवधि का उपयोग कर वेफर चित्रा 1 ए -1 इस प्रक्रिया को दर्शाती है।
    4. एक वजन के पैमाने पर एक प्लास्टिक कंटेनर रखें और इसे बाहर शून्य करें। कंटेनर में पीडीएमएस आधार के 6 ग्राम डालें और पीडीएमएस के इलाज के एजेंट के 0.6 ग्राम जोड़ें। 5 मिनट के लिए अच्छी तरह से पीडीएमएस को मिलाएं
      नोट: मिश्रण के बाद, मिश्रण बुलबुले के साथ मिला हुआ होना चाहिए।
    5. एक वैक्यूम चैंबर में मिश्रित PDMS के कंटेनर रखें। वैक्यूम कक्ष के दबाव को 100 एमबार तक कम करें और 30 मिनट के लिए कक्ष में कंटेनर छोड़ दें। वैक्यूम को तोड़कर कंटेनर को हटा दें इस्तेमाल होने तक कंटेनर को कवर रखें।
    6. स्पिनर पर पके हुए फोटोरिसिस्ट परत के साथ सिलिकॉन वेफर रखें। वफ़र पर धीरे-धीरे पूरे डीजेडीड पीडीएमएस मिश्रण डालें।
      नोट: धीरे धीरे डालो ताकि मिश्रण में कोई नया बुलबुले पेश नहीं किया जा सके।
    7. 5 मिनट के लिए स्पिनर को 1200 आरपीएम तक सेट करें स्पिनर चूषण को चालू करें और स्पिनर को शामिल करें। कताई के बाद चूषण बंद करें
      नोट: टीहेस सेटिंग्स PDMS की एक 25 μm मोटी परत में परिणाम।
    8. 40 डिग्री सेल्सियस तक एक ओवन गरम करें स्पिनर से सिलिकॉन वेफर को लेने के लिए वफ़र चिमटी का उपयोग करें, फिर इसे ओवन में रखें रातोंरात वफ़र सेंकना और फिर कमरे के तापमान पर वफ़र शांत।
      नोट: चित्रा 1 ए -2 इस प्रक्रिया को दर्शाती है।
  2. पतली-फिल्म PDMS परत के लेजर उत्कीर्णन
    1. लेजर उत्कीर्णक और इसकी निकास के पावर स्विच को चालू करें लेजर उत्कीर्ण से जुड़ा कंप्यूटर चालू करें लेजर उकेरक सॉफ्टवेयर खोलें
    2. "फाइल" विकल्प के तहत, जैविक एक्ट्यूएटर डिज़ाइन फ़ाइल को चित्र 2e में दिखाया गया है।
      1. "सेटिंग्स" बटन दबाएं "ब्लू" पर क्लिक करें और पावर सेटिंग को 3% और गति को 4% तक बदल दें। "सेट" पर क्लिक करें "ब्लैक" पर क्लिक करें और "मोड" को छोड़ दें। फिर "सेट" पर क्लिक करें "लाल" के लिए ऐसा ही करें समाप्त करने के लिए "लागू करें" बटन दबाएंसेटिंग्स।"
      2. ऊपरी दाएं पर "उकेरक को सक्रिय करें" बटन दबाएं
    3. सॉफ्टवेयर की स्क्रीन के केंद्र में डिजाइन को स्थानांतरित करने के लिए "स्थानांतरित करें" बटन दबाएं।
    4. प्रोग्राम में "फ़ोकस व्यू" बटन दबाएं और स्क्रीन पर बायरोबॉट के किनारे पर क्लिक करें। इससे लेजर उत्कीर्ण के मार्गदर्शक लेजर बिन्दु को इसी बिंदु पर ले जाया जाएगा।
    5. चिमटी के साथ मैन्युअल रूप से वेफर को ले जाएं, ताकि 2.2.4 में क्लिक किए गए वफ़र के बिंदु को सीधे मार्गदर्शक लेजर डॉट के तहत किया जा सके।
    6. उत्कीर्णन प्रक्रिया शुरू करने के लिए "पहले नौकरी उत्कीर्ण करना" बटन दबाएं उत्कीर्णन पूरा होने के बाद वफ़र निकालें। सभी उपकरण बंद करें
      नोट: "पहले नौकरी उत्कीर्ण करना" बटन बड़ा हरा त्रिकोण है उत्कीर्णन प्रक्रिया पर सीधे न दिखें क्योंकि लेज़र आंख को नुकसान पहुंचा सकता है। चित्रा 1 ए -3 इस प्रक्रिया को दर्शाती है।
    7. जैविक एंटुएटर बेस की तैयारी और निर्माण
      1. एक 15 एमएल ट्यूब में ग्लास मोती (3 मिमी व्यास) डालें। डी पानी में 70 डिग्री इथेनॉल के साथ मोती को 24 घंटे के लिए विसर्जित करें। इथेनॉल निकालें और 24 घंटे के लिए डि पानी के साथ ट्यूब भरें। डि पानी बाहर डालें और 50 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर ट्यूब को ग्लास मोतियों की सुखाने की सुविधा प्रदान करें।
      2. पीडीएमएस के लिए पीडीएमएस की मात्रा में 3 ग्राम जोड़ें, जो कि पीडीएमएस के लिए खाते में समीकरण (1) में पाए जाते हैं जो डेंटलिंग के दौरान कंटेनर पक्षियों के साथ छड़ी करेंगे। पीडीएमएस आधार और इलाज एजेंट मात्रा खोजने के लिए समीकरण (2) का उपयोग करें
      3. एक वजन के पैमाने पर एक प्लास्टिक कंटेनर रखें और इसे बाहर शून्य करें। कंटेनर में चरण 2.3.2 में पाया गया PDMS बेस की मात्रा डालें और उसे शून्य करें। फिर कंटेनर में चरण 2.3.2 में पाया गया PDMS इलाज एजेंट की मात्रा डालें।
      4. 5 मिनट के लिए अच्छी तरह से पीडीएमएस को मिलाएं
        नोट: एजेंट का इलाज करने के लिए 10: 1 आधार के अनुपात में PDMS का उपयोग किया जाता है। मिश्रण में कई बुलबुले होने चाहिए।
      5. जगहएक कंटेनर का उपयोग स्केल पर पाक करने और शून्य आउट करने के लिए किया जाता है। कंटेनर में चरण 2.3.2 (और चरण 2.3.4 में मिश्रित) में मिली पीडीएमएस की सही मात्रा को सावधानीपूर्वक डालें। नियमित अंतरालों पर पूरे PDMS मिश्रण पर ग्लास के मोती साफ करें। जैविक एंटुएटर आधार के लिए प्रत्येक मनका के आसपास न्यूनतम 5 मिमी का स्थान छोड़ दें।
      6. एक वैक्यूम कक्ष में कंटेनर रखें वैक्यूम दबाव 100 एमबार तक कम करें और वैक्यूम पंप बंद करें। 30 मिनट के बाद, वैक्यूम को तोड़कर कंटेनर हटा दें उपयोग तक कवर रखें।
        नोट: कक्ष में दबाव धीरे-धीरे बढ़ता जा सकता है क्योंकि मिश्रण के डिगैसेस और वैक्यूम चैंबर लीक। यदि दबाव 100 एमबार से ज्यादा बढ़ता है, तो 100 एमबार के दबाव को बहाल करने के लिए वैक्यूम पंप को चालू करें।
      7. एक हॉटप्लेट को 40 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें सावधानी से PDMS के कंटेनर और गरम प्लेट पर ग्लास मोती रखें। कंटेनर को कवर और रातोंरात सेंकना।
    8. जैविक कार्यवाहक विधानसभा नोट: निम्नलिखित प्रक्रिया नग्न आंखों के साथ किया जा सकता है।
      1. भाग 2.3 में बने एक रेज़र ब्लेड का उपयोग करके थोक क्यूब्स (5 मिमी x 5 मिमी x 5 मिमी)
        नोट: एक मनका प्रत्येक क्यूब के केंद्र में होना चाहिए।
      2. बेस के आधार पर किसी भी प्रकार के दूषित को दूर करने के लिए, टेप में आधार को दबाकर और निकालने के लिए प्रत्येक जैविक एंटुएटर आधार के सभी पक्षों को साफ करें। प्रत्येक पक्ष के लिए दोहराएं
      3. तरल PDMS की एक छोटी राशि बनाने के लिए चरणों 2.3.2 से 2.3.6 पर फिर से करें। तरल PDMS में एक सुई की नोक डुबकी। चरण 2.2 में नमूनित वफ़र के उत्कीर्ण आधार क्षेत्र पर तरल PDMS की एक बूंद रखें। पीडीएमएस की छोटी बूंद को स्मियर करें ताकि यह पूरी तरह से 5 मिमी x 5 मिमी बेस क्षेत्र को कवर कर सके।
        नोट: आधार क्षेत्र चित्रा 2 ए में मध्य वर्ग खंड है।
      4. तरल PDMS के साथ कवर किया गया आधार क्षेत्र पर चरण 2.4.2 से साफ क्यूब को रखने के लिए चिमटी का उपयोग करें।
      5. "तरल PDMS की एक बूंद रखें" ई से चरण 2.4.3 दोहराएंप्रत्येक उपकरण के लिए एनडी और चरण 2.4.4।
      6. एक हॉटप्लेट को 40 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें गरम प्लेट पर असेंबलियों के साथ सिलिकॉन वेफर को सावधानीपूर्वक रखें। वफ़र को कवर और रातोंरात सेंकना।
        नोट : उपयोग होने तक संलग्न विधानसभाओं को रखें। चित्रा 1 ए -4 अंतिम डिवाइस दर्शाती है

    3. बायरोबोट्स का निर्माण (चित्रा 1 बी)

    1. स्पिन कोटिंग और लेजर-उत्कीर्णन एक पतली PDMS फिल्म
      1. एक नया सिलिकॉन वेफर का उपयोग करके 2.1 और 2.2 के सभी चरणों को दोहराएं। इसका परिणाम PDMS की एक पतली फिल्म के साथ एक सिलिकॉन वेफर और फोटो्रेसिस्ट की एक पतली फिल्म होगी, जो एक बायरोबोट डिजाइन से उत्कीर्ण है।
        नोट : चरण 2.2 को दोहराते समय, पूर्व में उपयोग किए जाने वाले जैविक एक्ट्यूएटर डिजाइन के बजाय लेजर उत्कीर्णन के लिए बायरोबोट डिजाइन का उपयोग करें। आंकड़े 1 बी -1 और बी -3 इन प्रक्रियाओं को दर्शाते हैं।
    2. पीडीएमएस कम्पो की तैयारी और निर्माणसाइटों।
      नोट : निम्नलिखित प्रक्रिया नग्न आंखों के साथ किया जा सकता है।
      1. जब तक पूर्ण रूप से 50 मिलीलीटर ट्यूब में phenolic microballoons डालो। डि-पानी में 70% इथेनॉल के साथ ट्यूब भरें और इसे 24 घंटे के लिए बैठें। इथेनॉल डालो, डि पानी जोड़ें, और इसे 24 घंटे तक बैठने दें। डि पानी बाहर डालो, और फिर 50 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर ट्यूब को उपयोग करने से पहले माइक्रोबाइलन के सुखाने की सुविधा प्रदान करें।
      2. एमडी-पीडीएमएस घनत्व और 3.5 मिमी की ऊँचाई के साथ समीकरण (1) का उपयोग करें ताकि आवश्यक PDMS की मात्रा का पता लगा सके। डालने के बाद कंटेनर में बने सामग्री के खाते में कुल राशि में 3 जी जोड़ें। पीडीएमएस आधार और इलाज एजेंट मात्रा खोजने के लिए समीकरण (3) का उपयोग करें पैमाने का उपयोग करके पीडीएमएस आधार, इलाज एजेंट, और माइक्रोवाल्न की उचित मात्रा को मापें।
      3. नी-पीडीएमएस घनत्व और 1.5 मिमी की ऊँचाई के साथ समीकरण (1) का उपयोग करें, जो अपेक्षित PDMS की मात्रा का पता लगाएं। चरण 3.2.2 में कुल राशि में 3 जी जोड़ें। पीडीएमएस आधार खोजने के लिए समीकरण (2) का उपयोग करें और एक का इलाज करेंसज्जन राशि पीडीएमएस आधार, इलाज एजेंट, और निकेल पाउडर के पैमाने का उपयोग करके उचित मात्रा में उपाय करें।
      4. 5 मिनट के लिए एमबी-पीडीएमएस और नी-पीडीएमएस के प्रत्येक मिश्रण को मिलाएं। 3.2.2 और 3.2.3 की गणना के पैमाने पर एमबी-पीडीएमएस और नी-पीडीएमएस की सही मात्रा को ध्यान से डालें।
        नोट : मिश्रण को कंटेनर के नीचे की सतह को खरोंचने के बिना धातु या कांच की छड़ से अच्छी तरह मिलाया जाना चाहिए। मिश्रण बुलबुले के साथ मिला हुआ होगा।
      5. दोनों कंटेनरों को एक वैक्यूम चैंबर में रखें 30 मिनट के लिए अपने 100 एमबार के दबाव को कम करें वैक्यूम को तोड़कर कंटेनरों को हटा दें उपयोग तक कवर रखें।
      6. एक हॉटप्लेट को 40 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें गर्म प्लेट पर एमबी-पीडीएमएस और नी-पीडीएमएस के साथ कंटेनर रखें। प्रत्येक कंटेनर को कवर और रात भर सेंकना।
        नोट : उपयोग होने तक एक ढक्कन के साथ स्टोर करें।
    3. बायरोबोट असेंबली
      1. Ni-P से प्रत्येक बियोरोबॉट आकार के संबंधित आयामों के बायरोबोट बेसिस कट करेंएक रेज़र ब्लेड का उपयोग करके डीएमएस और एमबी-पीडीएमएस। आधार डिजाइनों के लिए चित्रा 2 बी -2 डी देखें।
        नोट: नी-पीडीएमएस की मोटाई 1.5 मिमी है और एमबी-पीडीएमएस का 3.5 मिमी है।
      2. आधार पर किसी भी प्रकार के दूषित पदार्थ को हटाने के लिए बायरोबोट आधार के सभी पक्षों को साफ करें और आधार को टेप में दबाकर हटा दें। प्रत्येक पक्ष के लिए दोहराएं
      3. एक कोरोना डिस्चार्जर चालू करें नी-पीडीएमएस आधार से 1 सेमी ऊपर कोरोना डिस्चार्जर की नोक लाओ, जो एक धातु की थाली पर एक क्लीनरूम टिशू के बीच में रखा गया है। आधार के आसपास टिप को ले जाएं और सतह के उपचार के लिए 15 एस जारी रखें।
        नोट: एक डिस्चार्ज कोरोना डिस्चार्जर और वेफर के बीच होना चाहिए। यदि ऐसा नहीं होता है, तो जब तक कोई डिस्चार्ज नहीं होता तब तक टिप करीब आती है।
      4. एक ही अवधि के लिए चरण 3.1 में उत्कीर्ण एक बायरोबोट के आधार की सतह का इलाज करने के लिए चरण 3.3.3 को दोहराएं। फिल्म के इलाज के पक्ष में नी-पीडीएमएस के इलाज वाले पक्ष को रखने के लिए चिमटी का उपयोग करें। डिवाइस को 5 मिनट तक बैठने दें
        नोट : यह स्ट्रोन होगादो हिस्सों में गले बांड चित्र 1b4 देखें
      5. वफ़र से बायरोबोट ब्रैकट छील करने के लिए तीखे चिमटी का उपयोग करें और इसे नी-पीडीएमएस बेस के नीचे रखें। वेफर से पूरे विधानसभा को निकालने के लिए चिमटी का उपयोग करें
        नोट : ब्रैकट नी-पीडीएमएस आधार से जुड़ा होगा। चित्रा 1 बी -5 और बी -6 में यह दर्शाया गया है।
      6. MB-PDMS आधार के शीर्ष पर uncured PDMS (10: 1 आधार के इलाज के लिए आधार) की एक छोटी बूंद रखें। टी-पीडीएमएस के पक्ष को एमबी-पीडीएमएस पर पतली फिल्म पीडीएमएस के साथ uncured PDMS के साथ रखने के लिए चिमटी का उपयोग करें। प्लास्टिक पेट्री डिश में विधानसभा को रखें, और फिर इसे गर्मियों में 40 डिग्री सेल्सियस पर रात भर का इलाज करने के लिए रखें।
        नोट: चित्रा 1 बी -7 अंतिम डिवाइस को दर्शाया गया है।

    4. उपकरणों के कार्यान्वयन

    नोट : नीचे, हम सेल बोने के लिए उपकरणों की तैयारी की प्रक्रिया का वर्णन करते हैं।

    1. प्रस्तुत करने काआवश्यक सामग्री: फाइब्रोनिक्टिन समाधान (50 माइक्रोग्राम / एमएल), फॉस्फेट बफर सैलीन सॉल्यूशन (पीबीएस), डल्बेकेडो के संशोधित ईगल मध्यम (डीएमईएम) 10% भ्रूण बोवाइन सीरम (एफबीएस) और 1% पेनिसिलिन एंटीबायोटिक (डीएमईएम पूरा) के पूरक हैं।
    2. टी -25 कल्चर फ्लास्क के केंद्र में 100 μL फ़िब्रोनिक्टिन समाधान रखें (नीचे की सतह जब फ्लास्क सीधा बैठे हों) प्रत्येक डिवाइस के लिए अलग फ्लास्क बनाए रखें
    3. बायोरोबोट या फ़िब्रोनिक्टिन समाधान की छोटी बूंद के नीचे का सामना करने वाले जैविक एन्दुएटर रखें। सुनिश्चित करें कि ब्रैकट खोलता है और छोटी बूंद के भीतर विसर्जित होता है। 30 मिनट के लिए 37 ℃ सेते
    4. ऊष्मायन के बाद, फाइब्रोनेक्टिन समाधान को हटा दें और दो बार पीबीएस से धो लें।
    5. पीबीएस निकालें और 10 एमएल डीएमईएम के साथ फ्लास्क भरें। पीडीएमएस के degassing की सुविधा के लिए 37 डिग्री सेल्सियस से 1 घंटे के लिए सेते हैं। 10 एमएल मीडिया में बायरोबॉट को डूबने के लिए, फ्लास्क के निचले भाग में डिवाइस को रखने के लिए एक चुंबक का उपयोग करें। फ्लास्क को सैम के साथ रखेंबुलबुले को हटाने के लिए 5 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान में ples।
      नोट : ऊष्मायन अवधि के दौरान, हवा के बुलबुले PDMS सतह पर बने होते हैं, जिसे यहाँ degassing कहा जाता है बायरोबोट असेंबली में इस्तेमाल किया जाने वाला नी-पीडीएमएस चुंबकीय है। जैविक एक्ट्यूएक्टर को चुंबक की जरूरत नहीं है क्योंकि ग्लास मनका के वजन के कारण यह फ्लास्क के नीचे रहेगा। बायरोबोट या जैविक एक्ट्यूएटर विधानसभा अब बोने के लिए तैयार है, जिसे भाग 2 में विस्तार से समझाया गया है।

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Representative Results

जैविक एक्ट्यूएटर और बायरोबोट में बहुत ही समान निर्माण प्रक्रियाएं हैं, क्योंकि बायरोबोट जैविक एक्ट्यूएटर का एक प्राकृतिक विस्तार है ( चित्रा 1 )। बायोइबोट के लिए आवश्यक तकनीक स्थापित करने के लिए जैविक एक्ट्यूएटर को पहले विकसित किया गया था, कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न बल का विश्लेषण करने के लिए और कोशिका परिपक्वता को यंत्रवत् और जैव-कृत्रिम रूप से चिह्नित करने के लिए, दोनों को इस दो भाग वाले लेख के भाग 2 में विस्तार से वर्णित किया गया है। अच्छी तरह से हमारे हाल ही में प्रकाशित काम के रूप में 15

कार्डूयोमोसाइट शीट के पूर्ण संकुचन के दौरान कैंटिलवेर के वक्रता के त्रिज्या में एक बड़े बदलाव के लिए एन्डुएटर के वसंत निरंतर का मूल्यांकन किया गया था। इसके बाद, हमने बायरोबॉट को डिजाइन किया, जबकि इसकी स्थिरता पर विशेष विचार, सेल बोने के दौरान नियंत्रण और गतिरोध में आसानी। शुरू में, कुछ डिजाइनों को चुना गया था, जैसा कि दिखाया गया हैचित्रा 2 बी -2 डी में , विभिन्न गुणों के साथ, यह आकलन करने के लिए कि कौन से विशेषता डिजाइन आवश्यकताओं के लिए सबसे अधिक योगदान करते हैं। Biorobots को डिजाइन किया और परीक्षण किया गया जिसमें लघु, लंबे और चौड़े ब्रैकट के साथ-साथ कई कन्टेइलेवियर के साथ ही बायरोबोट फ़ंक्शन पर एंटुएटर में परिवर्तन के प्रभाव का परीक्षण किया गया। हम फ्लोटिंग बेस के विभिन्न आकारों पर भी विचार किया। आधार की ज्यामिति को त्रिभुज के रूप में रखा गया था क्योंकि यह विषमता पैदा करता है जिसके परिणामस्वरूप एक दिशात्मक आंदोलन होगा।

बायरोबोट की स्थिरता डिजाइन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण घटक थी। शीर्ष एमबी-पीडीएमएस परत का उपयोग उपकरण को तरलता प्रदान करने के लिए किया गया था, जबकि निचले नी-पीडीएमएस परत स्थिरता और चुंबकीय नियंत्रण के लिए इस्तेमाल किया गया था। उच्च घनत्व के कारण, निकल से बना आधार परत, बायरोबोट को अपने आप को सीधे रखने और बाह्य गड़बड़ी के संपर्क के बाद अपनी मूल स्थिति में वापस आने की क्षमता प्रदान करता है; चित्रा 3 में दिखाया गया है

निम्नलिखित समीकरण मध्यम की सतह के ऊपर बायरोबॉट की ऊंचाई का वर्णन कर सकते हैं:
समीकरण
जहां एच नी , एच एमबी , ρ मध्यम , ρ एमबी , और ρ चित्रा 3 बी देखें) है। बायरोबोट की ऊंचाई एक महत्वपूर्ण कारक है जो अधिकतम लोड को प्रभावित कर सकती है और इसकी स्थिरता। आधार पर लोड किए गए अतिरिक्त भार मीडिया में बायरोबॉट को कम करेगा और आधार का एक बड़ा हिस्सा जलमग्न हो जाएगा। जलमग्न होने के लिए अतिरिक्त मात्रा में मध्यम के मुकाबले घनत्व कम है और अतिरिक्त वजन बढ़ाने के लिए अतिरिक्त उछाल पैदा करता है। इसलिए, अधिक से अधिक भार को बढ़ाने के लिए हमें जितना संभव हो उतना जम्मू बढ़ाने की आवश्यकता है। फिर भी, बायरोबोट की स्थिरता एच के बढ़ने की वजह से घट जाएगी। अधिकतम स्थिरता के लिए, आधार के वजन का केंद्र जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। बहरहाल, बढ़ते हुए हड्डियां मध्यम के करीब या ऊपर के बायरोबोट के वजन का केन्द्र बिन्ज़ोबाट को अस्थिर कर देगी। इसलिए, विस्तृत विश्लेषण आवश्यक हैबायरोबोट की आधार संरचना को संशोधित करने से पहले एक साथ स्थिरता और अधिकतम ले जाने वाले भार को अनुकूलित करने के लिए

प्रत्येक समग्र परत की सही मोटाई निर्धारित करने के लिए, विभिन्न मिश्रण अनुपातों को नी-पीडीएमएस और एमबी-पीडीएमएस के साथ परीक्षण किया गया था। चित्रा 3 ए में दिखाए गए अनुसार अधिकतम और न्यूनतम घनत्व आसानी से मिश्रित किया जा सकता है, जो 0.6 -48 ग्राम / सेमी 3 एमबी-पीडीएमएस के लिए और 1.64 ग्रा / सेमी 3 नी- पीडीएमएस के लिए होता है । सभी बायरोबोट ऊंचाइयों को डिजाइन किया गया था ताकि किसी भी झुकने वाले कोण पर एक बायरोबोट का पुनर्स्थापन पल क्षैतिज स्थिति को वापस लाने के लिए पर्याप्त मजबूत हो। हाइड्रोडायनामिक ड्रैग को कम करने के लिए त्रिकोणीय आकार का उपयोग किया गया था। अंतिम आयामों को चित्र 3 डी में दिखाया गया है। कम्प्यूटर स्क्रिप्ट का इस्तेमाल करना, स्थिरता को संख्यात्मक रूप से विश्लेषण किया गया था और दो-स्तरित विधि का उपयोग करके एक मजबूत पुनर्स्थापना पल साबित हुआ है, जैसा कि चित्रा 3 ई में दिखाया गया है। सामग्रियों और अनुपूरक सूचनाओं की तालिका देखेंकंप्यूटर प्रोग्राम के लिए इस्तेमाल किया।

आकृति 1
चित्रा 1: जैविक एक्ट्यूएटर और बायरोबोट के निर्माण के लिए प्रक्रिया प्रवाह प्रत्येक ड्राइंग जैविक एक्ट्यूएटर और बायरोबोट फैब्रिकेशन के लिए प्रोटोकॉल 2 और 3 में सामग्री और विधियों में दिए गए चरणों का प्रतिनिधित्व करता है। PDMS ब्रैकट स्पाइन-कोटिंग और लेजर उत्कीर्णन द्वारा गढ़े हैं। फिर ब्रैकटर्स जैविक एक्ट्यूएटर ( ए ) के लिए एक ग्लास बीड के साथ या बायरोबोट ( बी ) के लिए एक स्व-स्थिर फ्लोटिंग बेस के साथ एक स्थिर आधार से जुड़ा हुआ है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र 2
चित्रा 2: का आयामजैविक एक्ट्यूएटर और बायोरोबॉट जो इस अध्ययन और सीएडी फाइल्स के लिए तैयार हैं, दोनों जैविक एक्ट्यूएटर और बियोरोबोट के विभिन्न प्रकार हैं। ( ए ) जैविक कार्यवाहक ( बी ) डबल-बांह ब्रैकट बायरोबोट ( सी ) चौड़े हाथ ब्रैकट बायरोबोट ( डी ) सिंगल-बांह बॉयरोबोट ( ई ) लेजर उत्कीर्णन के लिए जैविक एक्ट्यूएटर की सीएडी ड्राइंग। ( एफ ) लेजर उत्कीर्णन के लिए सीओएडी बायरोबॉट्स का ड्राइंग। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3: नी-पीडीएमएस और एमबी-पीडीएमएस के लिए घनत्वों को मिलाकर और बायरोबोट्स की स्थिरता। ( ए ) मिश्रण अनुपात और परिणामस्वरूप घनत्व ( बी ) घनत्व और हेगमीडिया के संबंध में कुर्सियां ​​के एचटीटीएस ( सी ) झुका हुआ जब बायरोबोट का रोटेशन और बहाली। गुरुत्वाकर्षण केंद्र (सीजी) और उछाल केंद्र (सीबी) के बीच का अनुशासन एक घूर्णन क्षण पैदा करता है। यह क्षण या तो बोरोबोट बहाल करेगा या इसे आगे झुकाने के लिए करेगा ( डी ) मिलिमीटर पैमाने पर एकल बांह बायरोबोट के आयाम। ( ए ) दो परतों (नी-पीडीएमएस और एमबी-पीडीएमएस) का एक परत (एमबी-पीडीएमएस) बनाम (बी) में झुकाव की स्थिति के तहत भाग (सी) में दिखाए गए एकल बांह बायरोबोट के लिए बहाल करने का बल सिम्युलाटेड था। ग्राफ़ दिखाता है कि एक ही परत बायरोबोट खुद को बहाल नहीं करेगा अगर यह 45 डिग्री से अधिक झुका हुआ है, जबकि दोहरी स्तरित बायरोबोट में बायरोबोट ईमानदार को बनाए रखने में हमेशा सकारात्मक बहाली होगी। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

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Discussion

विभिन्न हड़ताल तंत्र जलीय तैराकों 16 में मिल सकते हैं। इस अध्ययन में बायरोबोट की लोकोमोटेशन तंत्र फिन-आधारित गतिरोध का उपयोग करता है, विशेष रूप से ओस्टासिफ़ॉर्म लोकोमोशन। बहिष्कार तैराक एक पूंछ (ब्रैकट) को सताते हुए और एक कठोर शरीर (स्तरित आधार) 16 से खुद को आगे बढ़ाते हैं। मछली जैसे कि बॉक्सफिश और काफिश इस तरह के लोकोमोशन का उपयोग करते हैं ऑस्ट्रासिफ़िक तैराक आमतौर पर धीमा होते हैं और अक्षम शरीर के आयाम होते हैं। यद्यपि बहिष्कार तैराकी वेग का अभाव है, तैराकी के इस फार्म से इंजीनियरों को बेस या बॉडी पर विभिन्न कार्यात्मकताएं (जैसे गतिशील स्थिरता) को लागू करने की अनुमति मिलती है। इस अध्ययन में विकसित किए गए बायरोबोट डिज़ाइन, तैरने और स्थिरता के लिए एक ठोस आधार पर आधारित है, प्रोपेलिंग तंत्र के रूप में आत्म-क्रियाशील ब्रैकट के साथ। इस अध्ययन में बायरोबोट के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण कदमों में से एक है पतली फिल्म पीडीएमएस और लेटीर उत्कीर्णन प्रक्रिया जिससे कैंटी बनती हैलीवर। स्वच्छ ब्रैकट के बिना, पीडीएमएस (लोच के लिए) का सही मिश्रण, सही मोटाई (वसंत निरंतर) और आयाम (कार्डिओमायसाइट्स के घुलनशील आसंजन के लिए पर्याप्त उत्पादन गति के लिए) का मिश्रण, बायरोबोट काम नहीं करेगा। इसके अलावा, कार्डिओमायोटिक लगाव के लिए एक व्यवहार्य सतह बनाने के लिए, कण्ट्रोलर सतह से सभी बुलबुले को अल्ट्रासोनिक के माध्यम से निकालना आवश्यक है।

विकसित PDMS कम्पोजिट सामग्री, एमबी-पीडीएमएस और नी-पीडीएमएस का उपयोग डूबने वाली गहराई को ठीक से नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है और बायरोबोट की गतिशील स्थिरता का सफलतापूर्वक उत्पादन कर सकता है। इन सामग्रियों के द्रव्यमान घनत्व बारीकी से देखते हैं, जैसा कि चित्रा 3 ए में दिखाया गया है। इसके अलावा, ये सामग्रियां कार्डियोयोमोसाइट्स के परिपक्वता और संकुचन पर कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं दिखाती है, जैसा कि हमने हाल के काम में दिखाया है 15 इसलिए, विकसित सामग्रियों को एक आत्मनिर्भर और अस्थायी ढांचे को लागू करने के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जा सकता हैबायोरोबोट्स और अन्य अनुप्रयोगों के लिए ई

यद्यपि वर्तमान प्रोटोकॉल स्व-स्थिर स्विमिंग बायरोबोट का निर्माण करने में सक्षम था, लेकिन इसकी कुछ सीमाएं हैं सबसे पहले, जैसा कि ब्रैकट मैन्युअल रूप से वफ़र से बंद किया जाता है, ब्रैकट प्रक्रिया के दौरान विकृत हो सकता है और बायरोबोट प्रदर्शन की निरंतरता प्रभावित होती है। यह फोटो्रेसिस्ट परत के बजाय जल-भंग बलि का उपयोग करके संबोधित किया जा सकता है, जिससे कि ब्रैकट आसानी से वफ़र से हटाया जा सके; बड़े बंकरों का उपयोग उच्च शक्ति के लिए भी किया जा सकता है दूसरा, प्रक्रिया मुख्यतः मैनुअल ऑपरेशन पर निर्भर करती है निर्माण क्षमता को उच्च दक्षता के लिए सुव्यवस्थित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कार्डियोमायसाइट बीजी सहित विधानसभा प्रक्रिया को संशोधित किया जा सकता है ताकि इसे व्यक्तिगत डिवाइस स्तर की बजाय वफ़र स्तर पर ले सकें। अंत में, बायरोबोट के त्रिकोणीय आधार का आकार तैरने की दिशा और स्थिरता को बढ़ाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

<पी क्लास = "jove_content"> बायोरोबोट्स जो जीवित मांसपेशी कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न होने वाली बिजली का उपयोग करते हैं, पारंपरिक रूप से कृत्रिम रोबोटों के विकल्प के रूप में काफी हद तक हैं। यह प्रोटोकॉल मृदु लिथोग्राफी और जैव-एमईएमएस तकनीकों का इस्तेमाल करता है ताकि एक आत्मनिर्भर, तैराकी बायरोबोट तैयार हो सके। विशेष डिजाइन आगे परिष्कृत किया जा सकता है ब्रैकट की सतह पर कार्डियोमोसाइट्स के लिए संरेखण संकेतों के पैटर्न के जरिये एंटुएटर की दक्षता में वृद्धि हो सकती है। इससे सेल ओरिएंटेशन को बढ़ावा मिलेगा और कैरियोमेटेक्टिस 17 के बल जनरेशन को बढ़ाया जा सकता है। सिंक्रनाइज़ संकुचन से नेट बल को और बढ़ाने के लिए, आयाम भी भिन्न हो सकते हैं या कई ब्रैकट शस्त्र संलग्न किए जा सकते हैं। जैसा कि पहले बताया गया है, बहु-परत बेस मीडिया की सतह के ऊपर बायरोबॉट की ऊंचाई की सिलाई करने की अनुमति देता है। यह अधिकतम ले जाने वाले लोड और स्थिरता को निर्धारित करता है। इसके अलावा, हम च करने के लिए ब्रैकट में प्रवाहकीय सामग्रियों को स्थानापन्न कर सकते हैं या जोड़ सकते हैंविद्युत उत्तेजना को उत्तेजित करना विद्युत उत्तेजना का उपयोग कोशिकाओं के संकुचन दर और बायरोबोट की गति को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। हम मानते हैं कि प्रस्तुत किए गए तरीकों का उपयोग छोटे पैकेज वितरण जैसे अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक कुशल biorobots को विकसित करने के लिए किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है

Acknowledgments

एमटी होल्ली को लुइसियाना बोर्ड ऑफ रीजेंट्स के ग्रेजुएट फैलो प्रोग्राम द्वारा समर्थित किया गया है और सी। डैनियलसन हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट प्रोफेसर प्रोग्राम द्वारा समर्थित है। यह अध्ययन एनएसएफ़ ग्रांट नं। 1530884 द्वारा समर्थित है। लेखक उन्नत माइक्रोस्ट्रक्चर और डिवाइसेज (सीएएमडी) के केंद्र में क्लीनरूम का समर्थन करने के लिए धन्यवाद करना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning 184 sil elast kit  0.5kg Sylgard 184
Nickel Powder Sigma-Aldrich 266981-100G
Phenolic microballoons US Composites BJO-0930
Silicon wafers 4 inch diameter
PWM101 light-duty spinner Spin- coater
Positive photoresist (S1808) Dow Corning DEM-10018197
Hotplate
Vacuum chamber
M206 mechanical convection oven Convection oven
Laser engraver Universal Laser System VLS2.30 Utilizes a 10 W, 10.6 µm wavelength, CO2 Laser
Universal Laser Systems Application Universal Laser System Application for running the VLS 2.30
Matlab MathWorks Numerical analysis program
Scotch Tape Scotch Brand
Solid-glass beads Sigma-Aldrich Z265926-1EA Soda-lime glass, diameter 3 mm
Scale Mettler Toledo EL303
BD-20AC Laboratory Corona Treater Electrotechnic Products 12051A Corona Discharger
Ultrasonic Bath 1.9 L Fisher Scientific 15-337-402 40 kHz industrial transducer
Fibronectin from bovine plasma Sigma-Aldrich F1141
Dulbecco’s Phosphate Buffer (PBS) Sigma-Aldrich D1408-100ML
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) Hyclone Laboratories 16750-074 With 4500 mg/L glucose, 4.0 mM L-glutamine, and 110 mg/L sodium pyruvate.
Fetalclone III serum Hyclone Industries, GE 16777-240 Fetal bovine serum
Penicillin-G sodium salt Sigma-Aldrich P3032

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References

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कार्डिएक मस्सिकल-सेल आधारित एक्ट्यूएटर और स्व-स्थिर ब्योरोबोट - भाग 1
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Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1. J. Vis. Exp. (125), e55642, doi:10.3791/55642 (2017).

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