Summary
הגרדום הביו-השראה מפוברק על ידי טכניקת פוטוליגרפיה רכה תוך שימוש בהידרוג'לים חזקים ומוליכי חשמל מכנית. ההידרוטים מיקרותבנית מספקים יישור תאים כווני באמצעות הקרדיוציט, והתוצאה היא כיוון הגשמה. מיקרואלקטרודות גמיש משולבים גם לתוך הפיגום כדי להביא ישור חשמליים לרקמת לב מתוך הגשמה עצמית.
Abstract
ביוהשראת מערכות רובוטיות רכות המחחקות אורגניזמים חיים באמצעות רקמת שרירים מהונדסים ו-bioaterials הם מהפכה את הפרדיגמה ביורירובוטיקה הנוכחית, במיוחד במחקר ביו-רפואי. משחזר דינמיקה מלאכותית של חיים כמו המציאות היא חיונית למערכת רובוטית. עם זאת, השליטה המדויקת והכיוונון של התנהגות האקטואציה עדיין מייצגת את אחד האתגרים העיקריים של מערכות רובוטיות רכות מודרניות. שיטה זו מתארת בעלות נמוכה, מדרגי מאוד, קל לשימוש הליך להמציא רובוט רך בשליטה חשמלית עם תנועות כמו חיים מופעל ונשלט על ידי התכווצות של רקמת שריר הלב על עוקץ מיקרותבנית . בדומה לפיגום הידרוג'ל השימוש בשיטות פוטוליגרפיה רכות מאפשר לשלב בהצלחה מספר רב של רכיבים במערכת הרובוטית הרכה, כולל הידרו-בדוגמת הידרוג'ל המבוסס על פיגומים עם צינוריות פחמן (CNTs) (CNT-GelMA), פולי (אתילן גליקול) דיאקרילי (PEGDA), מיקרואלקטרודות (Au) גמישות, ורקמת שריר הלב. בפרט, יישור הידרוג'ל ומיקרותבניות נועדו לחקות את מבנה השריר והסחוס של קרן העוקץ. מוליך חשמלית CNT-GelMA הידרוג'ל משמש כפיגום תא המשפר את ההבשלה והתכווצות התנהגות של קרדיומיקוציטים, בעוד ההידרוג'ל חזק מכנית מספק תמיכה כמו סחוס מבניים של הרובוט הרך כולו. כדי להתגבר על האופי הקשה והפריך של המיקרואלקטרודות המבוססות על מתכת, עיצבנו דפוס סרפנטיין בעל גמישות גבוהה והוא יכול להימנע מלעקוף את הדינמיקה המנצחת של הקרדיוציטים. המיקרואלקטרודות הגמישות המשולבת של Au מספקות גירוי חשמלי באמצעות הרובוט הרך, ובכך קל יותר לשלוט בהתנהגות הכיווץ של רקמת הלב.
Introduction
המדינה המודרנית של רובוטים רכים יכולים לחקות את המבנים ההירארכיים והדינמיקה של שרירים של אורגניזמים חיים רבים, כגון מדוזה1,2, עוקץ ריי2, תמנון3, חיידקים4, זרע5. חיקוי הדינמיקה והארכיטקטורה של מערכות טבעיות מציעה הופעות גבוהות יותר במונחים של יעילות אנרגטית ומבנית6. זה קשור ביסודה לטבע הרך של רקמת הטבע (למשל, רקמת העור או השריר עם מודולוס של צעירים בין 104על 10הרשות) אשר מאפשר דרגות גבוהות יותר של החופש דפורמציה מעולה והסתגלות כאשר לעומת התקני הנדסה סטנדרטית (למשל, מודולוס של צעירים בדרך כלל בין 109-עד10הרשות שריר הלב מבוסס מפעילים רכים, במיוחד, להראות יעילות אנרגיה מעולה בשל הגשמה עצמית שלהם, כמו גם הפוטנציאל שלהם עבור שינוי אוטומטי והתחדשות כאשר לעומת מערכת רובוטית מבוססת מכנית7. עם זאת, הייצור של רובוטים רכים הוא מאתגר בשל הצורך לשלב רכיבים שונים עם תכונות פיזיות, ביולוגיות ומכניות שונות לתוך מערכת אחת. לדוגמה, מערכות סינטתיים מהונדסים צריך להיות משולבים עם מערכות ביולוגיות חיים, לא רק לספק להם תמיכה מבנית אלא גם השפעה ומודולציה התנהגות הגשמה שלהם. בנוסף, שיטות מיקרו בייצור רבות דורשות תהליכים קשים/ציטוטוקסיים וכימיקלים המפחיתים את הכדאיות והתפקוד של כל מרכיב חי. לכן, גישות חדשות נחוצות כדי לשפר את הפונקציונליות של הרובוטים הרכים ולשלוט ולווסת את התנהגותם.
כדי לשלב בהצלחה את המרכיבים החיים עם הכדאיות הטובה, הגרדום המבוסס על הידרוג'ל הוא חומר מצוין ליצירת גוף של רובוט רך. מאפיינים פיזיים ומכניים של הידרוג'ל ניתן בקלות לכוונן כדי ליצור מיקרו סביבות עבור מרכיבים חיים כגון רקמות שריר8,9. כמו כן, היא יכולה לאמץ בקלות טכניקות מיקרו-בייצור שונות, והתוצאה היא יצירת מבנים הירארכיים עם אמינות גבוהה1,2,10. מכשירים אלקטרוניים גמישים ניתן לשלב לתוך הרובוט הרך כדי לשלוט על התנהגותו עם גירוי חשמלי. לדוגמה, שיטות אלקטרואופטיקה כדי להנדס תאים אלקטרוגניים (למשל, קרדיוציטים), אשר מראים הפעלה אלקטרולוגית התלויה באור, נעשה שימוש לפיתוח polydiמתיל siloxane (PDMS) מבוסס רנטגן רובוטית רך מונחה על ידי אור כי היה מסוגל לשחזר את התנועה undulatory של הדג מבחנה2. למרות טכניקות אלקטרואופטיקה הראו ישור מעולה, העבודה המוצגת משתמשת גירוי חשמלי, שיטת סימולציה קונבנציונאלי ומסורתי. הסיבה לכך היא גירוי חשמלי באמצעות מיקרואלקטרודות גמיש הוא קל ופשוט לעומת טכניקות אלקטרואופטיקה, אשר דורשים תהליכי פיתוח נרחבים11. השימוש במכשירים אלקטרוניים גמישים יכול לאפשר גירוי לטווח ארוך ותהליכי ייצור סטנדרטיים/פשוטים וכן תאימות ביולוגית ותכונות פיזיות ומכניות12,13.
כאן, אנו מציגים שיטה חדשנית כדי להמציא רובוט רך בהשראת השראה, מואבקים על ידי הכאתו של רקמת שריר הלב הנדסה ונשלט על ידי גירוי חשמלי באמצעות מיקרואלקטרודות גמיש מוטבע או. הרובוט הרך נועד לחקות את מבנה השריר ואת הסחוס של קרן העוקץ. קרן העוקץ היא אורגניזם עם קל יחסית לחקות מבנה ותנועה בהשוואה למינים אחרים בשחייה. השרירים מחדש בתוך מבחנה על ידי זריעת הקרדיוציטים על גבי מיקרופי הידרוג'ל מוליך חשמלית. כפי שדווח בעבר, שילוב חלקיקי חלקיקים מוליכי חשמל כגון cnt ב-gelma הידרוג'ל לא רק משפר את הצימוד החשמלי של רקמת הלב, אלא גם משרה מעולה באדריכלות רקמות מבחנה וסידור8,9. מפרקי הסחוס הם לאחר מכן מחקה באמצעות דפוס חזק מכני PEGDA הידרוג'ל שפועל כמו מצע חזק מכנית של המערכת כולה. מיקרואלקטרודות גמישות של Au עם דפוס הסרפנטיין מוטבעות בתבנית PEGDA כדי לגרות את רקמת הלב באופן מקומי וחשמלית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
מחקר זה נעשה בהתאמה קפדנית עם ההמלצות במדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של המכון הלאומי לבריאות. הפרוטוקול אושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים (IACUC) של בריגהם וביה לנשים.
1. הסינתזה של גלמה
- התמוססות 10 גרם של ג'לטין ב 100 mL של מלוחים פוספט באגירה של Dulbecco (DPBS) באמצעות מערבב מגנטי ב 50 ° c.
- הוסף 8 מ ל של מתיונין אנהידריד לאט בזמן ערבוב פתרון prepolymer ג'לטין ב 50 ° c עבור 2 h. לדלל את התמיסה הגיב הג עם DPBS מחומם ב 50 ° c.
- להעביר את הפתרון מדולל לתוך ממברנות דיאליזה (משקל מולקולרי הפסקת = 12 – 14 kDa) ולמקם אותם לתוך המים מוכי (DI). לבצע דיאליזה ב 40 ° c עבור כשבוע 1.
- לסנן את הפתרון GelMA הprepolymer באמצעות מסנן סטרילי (גודל הנקבוביות = 0.22 μm) ולהעביר 25 או 30 מ ל של הפתרון לתוך 50 mL צינורות וחנות ב-80 ° c עבור 2 ימים.
- להקפיא להתייבש הפתרון הקפוא GelMA הקפואים באמצעות מייבש ההקפאה 5 ימים.
2. הכנת תמיסת פולי (אתילן גליקול) דיאטתיים (PEGDA)
- התמוססות 200 mg (20% מהפתרון הכולל) של PEGDA (MW = 1,000) עם 5 מ"ג (0.5% של הפתרון הכולל) של 2-הידרוxy-4-(2-הידרוקסיטורוקסי) -2-methylpropiophenone (צילום-יוזם, PI) ב 1 מ ל של DPBS.
- מודטה את הפתרון prepolymer ב 80 ° צ' עבור 5 דקות.
3. הכנת תמיסת מניות CNT מגולוון
- התמוססות 80 מ"ג של GelMA (משמש בתור biosurfactant) ב 4 מ ל של DPBS ולאחר מכן להוסיף 20 מ"ג של COOH פונקציונליזציה פחמן מרובה קירות (MWCNTs) לתוך הפתרון הפרפולימר GelMA.
- Sonicate הפתרון של MWCNT-לאדן GelMA עבור 1 h (0.66 Hz, 100 ואט).
הערה: במהלך התהליך הsonication, יש לטבול את הפתרון באמבט מים ב-~ 15 ° c כדי למנוע התאיידות של הממס בשל עליית הטמפרטורה.
4. הכנת 1 מ"ג/mL CNT המכיל 5% הפתרון GelMA prepolymer
- לפזר 50 מ"ג של GelMA ו 5 מ"ג (0.5% של הפתרון הכולל) של PI ב 0.8 mL של DPBS ב 80 ° צ' עבור 10 דקות.
- הוסף 0.2 mL של פתרון מניות CNT מוכן (שלב 3). מערבולת הפתרון ב 80 ° c עבור 10 דקות.
5. הכנה של 3-(טריתמאוקסיסילקסיל) פרופיאל מתיאקריל (TMSPMA) שקופית זכוכית מצופה
- לשטוף את שקופיות זכוכית (עובי = 1 מ"מ, גודל = 5.08 ס"מ x 7.62 ס"מ) עם אתנול טהור.
- מחסנית את השקופיות נקי אנכית בגביע 250 mL ולהפיץ 3 מ ל של TMSPMA על גבי אותם באמצעות מזרק. לכסות את הגביע עם רדיד אלומיניום כדי למנוע אידוי של TMSPMA.
- מודג את השקופיות בתנור של 80 ° c ליום אחד.
- לרחוץ את שקופיות זכוכית מצופה ידי לטבול אותם לתוך אתנול טהור, ואז יבש.
- אחסן את שקופיות הזכוכית המצופות העטופות ברדיד אלומיניום בטמפרטורת החדר (RT).
הערה: נסה למזער את הנגיעה במשטחי הזכוכית המצופים TMSPMA.
6. ייצור המיקרואלקטרודות הגמישות של ה-Au
- עיצוב מסיכת צל באמצעות תכנון בעזרת מחשב (קובץ משלים 3).
- הרכיבו ורכשו מסכת צל.
- שטוף את שקופית הזכוכית (עובי = 1 מ"מ, גודל = 3 ס מ x 4 ס מ) עם אצטון ויבש עם אקדח אוויר דחוס.
- הצמד את מסיכת הצל אל מצעים הזכוכית באמצעות קלטת כפולה, לאחר מכן לשים אותם על המאייד של קרן E ולחכות עד הלחץ הקאמרי מגיע לפחות 10-6 Torr.
הערה: שתי פיסות הקלטת הונחו באופן ידני על התמיכה במרחק קצר מספיק כדי לארח את הזכוכית והגדולה מספיק כדי להתאים לתבנית כולה. שלב זה לוקח בערך 45 – 60 דקות. - הפקדה של 200 ננומטר שכבה או עבה על ידי E-קרן מאייד (g., עם דנטון EE-4, ואקום = 10-6 Torr, כוח = 2.6%, rate = 2 Å/s) וחותכים את מיקרואלקטרודות מפוברק באמצעות מכונת מסור (אלקטרודות גודל = 7.38 mm x 8.9 mm x 200 nm).
7. הייצור של הידרו-בדוגמת מיקרואלקטרודה משולבת
הערה: התוצאה של הליך זה היא ממברנה שבה מיקרותבנית PEGDA הידרוג'ל נמצאת בשכבה התחתונה, מיקרוגלוס CNT-GelMA הידרוג'ל הוא למעלה, ו-Au מיקרואלקטרודות הן בין שתי השכבות. תצורה זו מבטיחה גמישות טובה יותר לאלקטרודה ומגבילה את הסיכון לשבירה.
- עיצוב והפקוד של שני פוגלס כדי ליצור את המיקרותבנית PEGDA (1st הפושאול) ו-cnt-gelma הידרוג'ל(2 מפושאול) שכבות. ראה קובץ משלים 2 – 3. ניתן לבצע את העיצוב באמצעות תוכנת CAD.
הערה: ראה איור 2ב', א. - מקום 50 יקרומטר מרווחים שנעשו על ידי הערמה שכבה אחת של קלטת בלתי נראה מסחרי (עובי: 50 יקרומטר) על זכוכית מצופה tmspma. יוצקים 15 μL של 20% הפתרון הקדם-פולימרי PEGDA על גבי זכוכית מצופה TMSPMA, ולאחר מכן לכסות עם מיקרואלקטרודה זהב. מניחים את 1st לבקש את שקופית הזכוכית (מיקרותבנית PEGDA) על גבי מיקרואלקטרודה זהב לחשוף את המבנה כולו כדי אור UV (200 W מרקורי אדים קצר מנורה קשת עם 320 – 390 מסנן nm) ב 800 mW של עוצמה ו 8 ס"מ מרחק עבור 110 s.
הערה: ראה איור 1א. - הוסף DPBS להקיף את שקופית הזכוכית ולנתק את המיקרו בדוגמת PEGDA הידרוג'ל יחד עם Au מיקרואלקטרודות מתוך המצע זכוכית ללא ציפוי בזהירות לאחר 5 – 10 דקות כדי לקבל את שקופית הזכוכית כי יש מיקרותבנית PEGDA הידרוג'ל עם Au מיקרואלקטרודות.
הערה: ראה איור 1ב. בשל ציפוי TMSPMA, המבנה מועבר המצע זכוכית לא מצופה ל TMSPMA מצופה אחד. נתק בזהירות מכיוון ש-Au מיקרואלקטרודות יכול להישבר בקלות במהלך שלב זה (איור 3). - מקום 100 יקרומטר מרווחים שנעשו על ידי הערמה שתי שכבות של סרט מסחרי שקוף (עובי = 50 יקרומטר) על החלק התחתון של צלחת פטרי. הפקדה טיפה של 20 μL CNT-GelMA הפתרון הקדם בין החללים ולאחר מכן להפוך את שקופית הזכוכית שהתקבלו 7.3 ולתקן אותו על הצלחת עם דבק.
- סובב את המכשיר הפוך ומניחיםאת 2 הפושאל על החלק העליון של מגלשת הזכוכית. לחשוף תחת אור UV ב 800 mW של עוצמה ו 8 ס"מ מרחק עבור 200 s.
הערה: ראה איור 1ג. היישור של המסיכה השניה חשוב. - שטוף את הפיגום המתקבל עם DPBS ועם מדיום תרבות התאים הכולל 10% סרום של שור עוברי (FBS).
- השאירו אותם בלילה בחממה של 37 ° c לפני שזורעות את התאים.
8. בידוד והתרבות של העכנוציטים
- לבודד את הלבבות מחולדות בן יומיים של מג-דאולי בעקבות פרוטוקולים שאושרו על ידי ועדת המכון על טיפול בעלי חיים8.
- שים את חתיכות הלב על שייקר לילה (כ 16 h) ב 0.05% טריפסין ללא EDTA ב HBSS בחדר קר.
- לאסוף את חתיכות הלב עם אקדח פיפטה ולמזער את כמות טריפסין, ואז לשים אותם בצינור 50 mL עם 10 מ ל של מדיה לב חם (10% FBS, 1% P/S, 1% L-גלוטמין).
- מערבולת איטית (~ 60 rpm) באמבט מים בגודל 37 ° c במשך 7 דקות. הסר את המדיה בזהירות מהצינור עם מנקז 10 מ ל והשאר את חתיכות הלב בצינור.
- הוסף 7 מ ל של 0.1% קולגן מסוג 2 ב HBSS ו מערבולת באמבט 37 מעלות צלזיוס למים עבור 10 דקות.
- מערבבים עם מיכל הפיפטה 10 מ ג 10x בעדינות כדי לשבש את חתיכות הלב. הסירו את המדיה מהצינור באמצעות מנקז של 1 מ ל.
- הוסף 10 מ ל של 0.1% הקולגן מסוג 2 ב HBSS ו מערבולת במהירות (~ 120 – 180 סל ד) ב 37 באמבט מים של ° c עבור 10 דקות, לאחר מכן לבדוק אם חתיכות הלב הם להתמוסס.
- לערבב עם הצינורות 10 מ ל, ואז לחזור עם הצינורות 1 מ ל לשבור את חתיכות הלב האחרון.
- לאחר הפתרון נראה הומוגנית, מקום מסננת תא 70 יקרומטר על שפופרת חדש 50 ml ו פיפטה הפתרון 1 mL בכל פעם על מסננת.
- צנטריפוגה את הפתרון לתאי הלב ב 180 x g עבור 5 דקות ב 37 ° c.
הערה: אם עדיין יש כמה פיסות לב או ריר שלא נמס, חזור על שלבים 8.7 – 8.9 שוב. - הסר בזהירות את כל הנוזל מעל הגלולה התא והשהה מחדש את התאים 2 מ ל של מדיה קרדיולוגית.
- הוסף 2 מ ל של מדיה לב מהקיר הצינור בזהירות כדי להשעות את התאים ולהימנע שבירת אותם.
- הוסף את התאים המושהים לתוך T175 תרמוס באמצעות מדיית לב חמה בירידה. שימו את הבקבוקון באינקובטור של 37 ° c בשביל 1 כדי לאפשר לפיברוהפיצוצים להצמיד לתחתית.
הערה: בשלב הציפוי הקדם, הפיברויוציטים הקרדיולוגי מתחברים לבקבוקון בזמן שהקרדיותאי יישאר במדיום ההשעיה. - לאסוף את המדיה מתוך הבקבוקון המכיל את הקרדיוציטים ולשים אותו לתוך צינור 50 mL.
- לספור את התאים, ואז צנטריפוגה ב 260 x g עבור 5 דקות ב 37 ° c.
- השהה מחדש וזרע את התאים על גבי הרובוט הרך מפוברק בשלב 7. יוצקים נפח ספציפי של מדיה קרדיולוגית עם הקרדיוציטים בריכוז של 1.95 × 106 תא/mL על ידי ירידה על פני השטח כולו של המכשיר.
- מודיית את הדגימות ב 37 ° c ולשנות את המדיה עם 5 מדיה תרבותית של תאים mL עם 2% FBS ו 1% L-גלוטמין ביום הראשון והשני לאחר זריעה. שנה את המדיה בכל פעם שהצבע של המדיה משתנה.
9. צביעת תאים לניתוח יישור
- הסר את המדיה ושטוף עם DPBS עבור 5 דקות ב-RT.
- תקן את התאים באמצעות 4% פאראמפורמלדהיד (בכיוון הבית) עבור 20 דקות at RT. לאחר מכן לשטוף עם DPBS עבור 5 דקות ב RT.
- דגירה את התאים עם 0.1% טריטון ב DPBS ב RT עבור 1 h. שטוף 3x עם PBS עבור 5 דקות ב RT.
- דגירה את התאים עם 10% סרום עז ב DPBS ב RT עבור 1 h.
- מודדת את התאים עם הנוגדן העיקרי (sarcomeric α-אקסין ו קונשין-43) ב 10% סרום עז ב DPBS ב 4 ° צ' עבור ~ 14 – 16 h.
- לשטוף 3x עם DPBS עבור 5 דקות ב RT. מודדת התאים עם הנוגדן המשני ב 10% סרום עז ב DPBS ב RT עבור 1 h.
- לשטוף את 3x עם DPBS עבור 5 דקות בשעה RT, ולאחר מכן כתמי תאים עם 4 ', 6-diamidino-2-פנילילינדול (DPBS) ב די מים (1:1000) עבור 10 דקות ב RT. לשטוף 3x עם DPBS עבור 5 דקות ב RT.
- לקחת תמונות הזריחה באמצעות סריקת לייזר הפוכה מיקרוסקופ קונפוקלית וקד.
10. בדיקות למפעיל והערכת התנהגות
- הכאה ספונטנית של הקרדיוציטים על הרובוט הרך
- דגירה מפעילים ביולוגיים בהשראת 37 ° c עבור 5 ימים ולרענן את המדיה ביום 1 ו 2 ובמידת הצורך (כלומר, כאשר התקשורת פונה צהוב). השתמש במיקרוסקופ אופטי הפוך כדי לצלם תמונות מדי יום (5x ו/או 10x). הקלטת תנועות תא באמצעות תוכנת לכידת וידאו על חלון חי של המיקרוסקופ עבור 30 s ב 20 מסגרות לשנייה (5x ו/או 10x) כאשר פעילות הקונאקטולה מתחיל (בדרך כלל סביב יום 3).
- ביום 5, לנתק את הקרומים על ידי הרמת בעדינות מהקצה עם שקופית כיסוי.
הערה: אם התאים מראים התנהגות מנצחת חזקה, הקרום יהיה להתנתק בעצמם בשל הפעולה המכנית של הצירים.
- גירוי אותות חשמליים בצובר
- שימוש ב-PDMS ברוחב 3 ס מ כמחזיק, מוספית שני אלקטרודות פחמן עם כרטיס פלטינה (Pt) תיל בצלחת פטרי 6 ס מ מלא מדיה לב. לאחר מכן העבר בזהירות את הרובוט הרך לצלחת פטרי.
- להחיל צורת גל בריבוע עם 50 ms רוחב הדופק, היסט DC ערך 0 V, ומשרעת מתח שיא בין 0.5 ו 6 V. התדירות משתנה בין 0.5, 1.0 ו-2.0 Hz עם מחזור עבודה בין 2.5%, 5% ו-10%, בהתאמה. הקלט התכווצויות המקרו-שינוי באמצעות מצלמה זמינה מסחרית.
- גירוי חשמלי בעזרת המיקרואלקטרודות
- לאחר הייצור של או מיקרואלקטרודה משולבים פיגום הידרוג'ל רב שכבתי, לצרף שני חוטי נחושת ל-Au אלקטרודות למרות יציאה מרובעת חיצונית באמצעות הדבק כסף.
- לכסות את העיסה הכסוף עם שכבה דקה של PDMS precured ב 80 ° c עבור 5 דקות. ואז לשים את הדגימות על צלחת חמה ב 45 ° c עבור 5 h כדי להצליב באופן מלא את PDMS.
- לאחר זריעת הקרדיוציט, להחיל משבצת גל חשמלי מרובע על חוטי נחושת עם ערך היסט DC 1 V, משרעת מתח השיא בין 1.5 ו 5 V, ותדרים של 0.5, 1.0, 2.0 Hz בהתאמה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
תרשים זרימה של השלבים לפיתוח הרובוט הביובהשראה Au מיקרואלקטרודה משולבת
המטרה של העיצוב הרובוט הרך היה לבנות קרום מסוגל ליישם תנועת שחייה עם מורכבות מינימלית. המבנה חייב להיות מסוגל להחזיק גמישות חזקה שוב ושוב לאורך זמן (על 1 הרץ) ולהיות מסוגל לשמור על צורתו תוך כדי להשיג מכות חזקות. על ידי באופן סלקטיבי צילום מקשר את הפולימר באמצעות פושאלי, אנו מפוברק פיגום מובנה באופן הירארכי המורכב של שכבת הידרוג PEGDA מיקרובדוגמת, שכבת מיקרו-מיקרואלקטרודות גמישה, ושכבת מיקרותבנית CNT-GelMA. תרשים סכמטי ותמונות אמיתיות של הליך הייצור של הרובוט הרך כפי שמתואר בפרוטוקול מוצגים באיור 1. בקצרה, היו שלושה צעדים הייצור העיקרי עבור רובוט רך בהשראת עם Au מיקרואלקטרודות מוטבע: ראשית, מיקרותבנית PEGDA הידרוג'ל עם שילוב Au מיקרואלקטרודות הושגה על ידי הצלב UV הקישור באמצעות הראשון בתוך הפושאול (איור 1א, ב). שנית, בנייה מרובת שכבות המורכבת של Au מיקרואלקטרודות, מיקרותבנית CNT-GelMA, ו PEGDA הידרוג היה מפוברק על ידי UV הקישור באמצעות הפושאול השני (איור 1ג). לבסוף, הקרדיוציטים הופרה על בניית שלושת השכבות המפותלת כדי לספק את הרובוט הרך (איור 1ד).
עיצובים שונים של הרובוט הרך
לגבי הצורה של הרובוט הרך, בהתחלה, עיצבנו שתי צורות ביו השראה על ידי biomimicking דפוסי של שתי חיות מימיות שונות. העיצוב הראשון היה בהשראת המראה של כוכב ים caraibic (איור 2א, ב, ג), כי כוכב הים יכול להיות מפושט לתוך אובייקט דו-ממדי (2d), יש עמוד שדרה קשה, ויש לו חלק גמיש המחבר יחד כדי לנוע במים, למזער את התנועה הנדרשת. המכשיר השני היה מבוסס על צורת קרן מאנטה (איור 2D, E, F) אשר קל לשכפל במכשיר 2d. הקרן מאנטה יכול לשחות במהירות באמצעות תנועות ייחודיות. שמנו את הקרן מאנטה באמצעות צורות גיאומטריות בסיסיות עם המורכבות מופחתת להיות מקושרת במהלך שלב הפוקשו. האלקטרודה, הממוקמת לאורך קו האמצע של המבנה, תוכננה עם תבנית גלית, המאפשרת התפשטות טובה יותר של פולסים חשמליים וגמישות (איור 2ד). כדי לפתח את הרובוט הרך בהשראת, הצורה השראה קרן מאנטה נבחרה ונבדק ביסודיות במחקר זה.
האתגר של הטבעת המיקרואלקטרודות בין CNT-GelMA לבין PEGDA הידרוג'ל
כימוס של 200 ננומטר או מיקרואלקטרודות עבות בגוף הרובוט מפוברק יכול באופן מקומי לשלוט על המבנה על ידי מתן גירוי חשמלי. למרות UV המקשר של הן CNT-GelMA ו PEGDA דפוסי הידרוג'ל ישירות על פני השטח אלקטרודה הקלה על הדלאמנציה של אלקטרודות, זה הבטיח שילוב מוצלח של האלקטרודה לתוך הרובוט הרך. עם זאת, לאחר העברת האלקטרודה Au על ההידרוג PEGDA, האלקטרודה Au עם צורה מלבנית ורוחב רחב (> 1 מ"מ) היה שבור בקלות במהלך תהליך הייצור בשל הנפיחות של PEGDA הידרוג'ל (איור 3a, B, C). לפיכך, היינו צריכים לוודא שהמייקרואלקטרודות הועברו בהצלחה להידרוג'ל של PEGDA והוטבעו בין ה-CNT-GelMA ו-PEGDA הידרוג בזמן שלמים. לכן, Au microelectrodes עם דפוס הסרפנטיין (עובי = 200 μm) עוצבו והפוברק עם ליתוגרפיה רכה. מיקרוסקופ בשלב הניגודיות תמונות עם הגדלה ושלבים שונים נלקחו על מנת לבדוק סימנים של שבר על האלקטרודה לאחר הובלה על מיקרותבנית PEGDA הידרוג'לים (איור 3ד, E, F).
אופטימיזציה של הריווח בין מיקרודפוסים של הידרוג'ל
הדופק הנזרע של CNT-GelMA הראה התנהגות מנצחת שונה על פי מרחק הדפוס (איור 4א, ב). זה יכול להיות מיוחס הדרכים השונות התאים המחוברים פני השטח של הקרום בהתאם למרחקים הקווים. במקרה של מרחק 50 יקרומטר, התאים היו ארוזים מדי ולא היו בעלי התצורה המאורגנת הרצויה. התאים המחוברים באופן חלקי ולא מיושרים על הכנפיים לא כולם בו לתרום לתנועת השחייה. מכאן, הכוח שנוצר על ידי הקרדיוציט לא היה מספיק כדי לכופף את הכנפיים. במרחק של 150 יקרומטר, התאים היו מיושרים היטב. עם זאת, הם ישבו בעיקר בחריץ והיו מספר קשרים בין תאים ברבדים העליונים, והתוצאה היא הכאה חלשה. במרחק של 75 יקרומטר, התאים היו מיושרים בחלק התחתון ומחוברים בחלק העליון, מראה את המכות החזקות ביותר. בנוסף, כדי למנוע גלגול שלם בלתי הפיך של הרובוט הרך במהלך המכות הדינמיות של הקרדיוציטים, אנו אופטימיזציה את הריווח דפוס של שכבת התמיכה של pegda הידרוג'ל כדי 300 יקרומטר (איור 4ג). בסופו של דבר, בעקבות תהליך זה הפרמטרים, החלטנו להתמקד יותר על הקרום בצורת קרן מאנטה עם 300 יקרומטר מרחק מרחוק pegda דפוסי ו 75 יקרומטר מרחק cnt-gelma דפוסי. רקמת לב על מיקרותבנית PEGDA-ו CNT-GelMA דפוסי הוצגה גם על ידי תמונות שלב/ניגודיות ו-F-actin/DAPI מיקוד תמונות (איור 4ב).
ניתוח התנועה של רקמת הלב על מיקרובדוגמת PEGDA-ו-CNT-GelMA הידרולים
כדי לנתח את התנועה של המפעיל, לקחנו קטעי וידאו של הקרום ללא מיקרואלקטרודות Au בזמן החלת שדה חשמלי באמצעות האלקטרודה מוט הפחמן. איור 4ד מציג מסגרות מסוימות שנלקחו מרשומות הכיווץ. היה נראה בבירור כי המפעיל בצורת קרן מאנטה כיפוף את הכנפיים כמצופה. הזנב היה איזון המבנה על ידי יישור קצת והכנפיים היו מאוד לסגור באמצע. חלק מהמימברנות הראו תנועה מסתובבת בעת שהיא מתקשרת בשל מיקרותבנית לא מיושרים CNT-GelMA ו PEGDA הידרוג'לים (איור 4E ו- Video 1). במקרה זה, התנועה הוגדרה פחות לעומת הקודמת, אך ההתכווצות היתה עדיין חזקה מספיק כדי לאפשר הופעה של תנועה מסתובבת. הזמן הכולל להשלמת המעגל היה סביב 45 s.
אפיון הקרדיוציטים על הרובוט הורך הרב והשולט בהתנהגות מנצחת באמצעות גירוי חשמלי
לאחר זריעת והתבגרות של קרדיוציטים על מערכת רובוטית בהשראת (איור 5א), יישור של רקמת הלב לאורך הכיוון של Cnt-gelma דפוסי נצפתה (איור 5ב-E) הן F-actin/dapi ו SACROMERIC/קונשין-43/dapi חיסוני. תמונות הקרינה הפלואורסצנטית הראו היטב מוארך ומיושר הקרדיוציטים על תבנית CNT-GelMA (איור 5ב, ג). היישור היחיד של המערך סרקומר ומבנה סרקומר המקושרים נצפתה על אזורים בדוגמת (איור 5ד). היטב-מבנים סרקומר מחוברים של רקמות לב הממוקם ישירות מעל מיקרואלקטרודות נצפו גם (איור 5E). כדי להעריך את הרובוט הרך בהשראת, גילינו את תפקידה באמצעות שתי שיטות: ראשית, החלתי פולס חשמלי biphasic אל הרובוט הרך למרות אלקטרודות מוט הפחמן עבור כוונון מלאכותי שליטה התנהגות המכות. שנית, חיברתי שני חוטי נחושת לקצה החיצוני של האלקטרודה או ליצירת אות חשמלי דרך המבנה הרובוטי כולו. כאשר התחלנו גירוי חשמלי דרך האלקטרודה פחמן חיצונית או חוט נחושת מחובר ל-Au אלקטרודה, מתח הסף העירור היה שונה בתדרים שונים (0.5, 1.0, ו 2.0 Hz, איור 5F).
איור 1: תרשים סכמטי ותמונות בפועל המתארים את תהליך הייצור של הרובוט הביו-שכבתי ביולוגי הנשלט על-ידי אות חשמל באמצעות שילוב של מיקרואלקטרודות של Au גמיש. (א) הפנינג והתחברות של ההידרוג'ל של PEGDA בעזרת הפוקשוהראשונה . (ב) מיקרובדוגמת PEGDA הידרוג'ל עם המיקרואלקטרודות Au מרובד על זכוכית TMSPMA המתקבל לאחר שלב (א). (ג) הידרוג'ל בדוגמת cnt-gelma באמצעות הפושאולהשני. (ד) זריעת הקרדיוציטים על המבנה הרב שכבתי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: עיצוב של רובוטים רכים בהשראת הביו. (א) תמונת כוכבי ים אמיתית ותצוגות שונות של הדגם התלת-מימדי (3D) CAD המצביעים על הרכיבים והפסים. (ב) עיצוב מסיכה לתבנית cnt-gelma, תבנית PEGDA ו-Au מיקרואלקטרודות לצורת כוכב-ים. (C) מיקרוסקופ אופטי התמונה של מיקרותבנית Cnt-gelma ו PEGDA דפוסי עבור צורת כוכב הים. (ד) התמונה האמיתית של מאנטה ריי ותצוגות שונות של דגם 3D CAD הצבעה את הרכיבים. (ה) עיצוב מסכה לדפוס cnt-gelma, תבנית PEGDA, ו-Au מיקרואלקטרודות לצורת קרן מאנטה, מותאם באישור של סו ryon ואח '10. (F) תמונת מיקרוסקופ אופטי של מיקרותבנית cnt-gelma ודפוסי PEGDA עבור הצורה של קרן מאנטה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: עיצוב המיקרואלקטרודות הגמישות של Au. (א) צילום של אלקטרודות Au מפוברק עם צורות מלבניות ורוחב רחב. (B ו- C) תמונות מיקרוסקופ אופטי של או אלקטרודות שנכשלו להעביר להידרוג הידרוג. (ד) גלי או מיקרואלקטרודות מסולסלים לפני ואחרי (E ו- F) הועברו על מיקרובדוגמת ההידרוג'ל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: אופטימיזציה של מיקרותבנית PEGDA ו-CNT-GelMA הידרולים ניתוח תנועה של רובוטים רכים. (א) תמונות אופטיות של הקרדיוציטים בתבנית cnt-gelma עם 50, 75 ומרווח של 150 יקרומטר. (ב) תמונות אופטיות ו-F-actin/dapi כתמי הקרדיוציטים על התבניות pegda-ו cnt-gelma הידרוג'ל עם 300 יקרומטר ו 75 יקרומטר מרווח, בהתאמה. (ג) את הורפולוגיות מתגלגל של מבנים bioinspired השראת עם ובלי מיקרותבנית pegda הידרוג'ל עם מרווח של 300 יקרומטר. (ד) מסגרות של וידאו שעומד ביולוגי הביו בהשראת הרובוט הקליט תוך החלת גירוי חשמלי. (ה) קולאז ' של ארבע מסגרות שונות שנלקחו הקלטת וידאו את התנועה מסתובבת של הרובוט הרך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: אפיון הקרדיוציטים על מיקרואלקטרודה או משולבים רובוט רך ושליטה על התנהגות מנצחת על ידי גירוי חשמלי. (א) תמונת מיקרוסקופ אופטי של הקרדיוציטים התרבותית על ה-Au מיקרואלקטרודות שעברו בין PEGDA ו-cnt-gelma הידרולים. (ב) F-actin/dapi התמונה הפלואורסצנטית המציגה את הקרדיוציטים מוארך היטב ומיושר על מיקרודפוס Cnt-gelma. (ג-ה) תמונות מיקוד הננו מראה יישור סרקומר ומבנים סרקומר מחוברים על הרובוט הרך מפוברק: (C ו -D) הקרדיוציטים מתורבת על cnt-gelma הידרוג'ל מיקרותבנית, ו (E) בקרבת Au מיקרואלקטרודות. (ו) נדרש מתח הסף הדרוש בתדרים שונים (0.5, 1.0 ו-2.0 Hz) כאשר מיישמים גירוי חשמלי באמצעות אלקטרודות פחמן מוטבע או מיקרואלקטרודות מוטבעות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
וידאו 1. אנא לחץ כאן כדי להציג וידאו זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).
קובץ משלים 1. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).
קובץ משלים 2. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).
קובץ משלים 3. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
באמצעות שיטה זו, הצלחנו להמציא בהצלחה באמצעות הרובוט הביואיד דמוי הדג בהשראת רקמת לב משולבת הגשמה עצמית על פיגומים מובנים רובת שכבות הנשלט על ידי Au מיקרואלקטרודות מוטבע. בשל שני שכבות שונות של הידרוג'ל מיקרותבנית מתוצרת PEGDA ו-CNT-GelMA, הגרדום הביוהשראה הראה יציבות מכנית טובה ויישור תאים אידיאלי והתבגרות. שכבת דפוס PEGDA, המשמשת כמפרק הסחוס של ארכיטקטורת השלד בקרן עוקץ, מספק תמיכה מכנית עבור הגוף הרובוט כולו. באופן ספציפי, היא שמרה על יציבות מכנית במהלך כיווץ רקמות לב והרפיה, תוך מתן מכות יעיל בשל יכולתה לשחרר את המתח הממברנה לאחר התכווצות. יתר על כן, עובי ננומטרי של מיקרואלקטרודות (200 ננומטר), כמו גם דפוס הסרפנטיין שלהם, איפשר להם להיות גמיש מספיק כדי לא לעכב או להשפיע על התכווצות של רקמת הלב (איור 2). כדי להעביר בקלות מיקרואלקטרודות על פני ההידרוג'ל ללא כל שבירה, Au מיקרואלקטרודות היו מפוברק על הזכוכית ללא כל שכבת הדבקה, כגון טיטניום, אשר משמש בדרך כלל כדי ליצור הדבקה חזקה בין הזכוכית ו-Au. בינתיים, שכבת ה-CNT-GelMA, המספקת תמיכה בחיבור הקרדיוציט וביישור, נעשתה עם דפוסים בניצב לכיוון תבנית ההידרוג'ל של PEGDA (איור 3). לאחר ההבשלה, הקרדיוציטים על השכבה העליונה סיפקה הגשמה עצמית עבור הגרדום כולו. דרך הגירוי החשמלי המקומי של המיקרואלקטרודות הגמישות של Au משולבים, יכולנו לווסת את תדירות המכות של הרובוט מבלי לפגוע ברקמת הלב על זה. למרות ששיטת הייצור היא קלה ללמידה ולהתרבות, עדיין יש כמה צעדים מאתגרים מבחינה טכנית בתהליך הייצור שצריך להדגיש.
ישנם חמישה צעדים קריטיים עבור הייצור של biorobot רך: 1) הפיזור הנכון של CNTs ב-GelMA הידרוג'ל; 2) מוצלחת מאוד UV הקישור של PEGDA ו CNT-GelMA הידרוג על הזכוכית מצופה TMSPMA; 3) העברת המיקרואלקטרודות מזכוכית התמיכה לתבנית ההידרוג'ל; 4) התנתקות נכונה של המפעיל מתוך שקופית הזכוכית התומכת; 5) יצירת מגע חשמלי טוב בין המיקרואלקטרודות או החוטים המשמשים לחיבור למחולל צורת גל.
לעומת מצעים GelMA וטהור, התאגדות של CNTs מספק את ההידרוג'ל GelMA עם תכונות מכניות משופרות ופונקציות אלקטרופיזיולוגיות מתקדמות התורמים לקצב גבוה יותר של הכאה ספונטנית מסונכרנת וסף עירור נמוך יותר של רקמת שריר הלב9. בעיית הרעילות של CNT מונעת לא רק על-ידי שימוש בפונקציונליות של משטח CNTs אלא גם על ידי שילוב הננו-מבנים במטריצה GelMA עד ריכוז של 5.0 mg/mL9. למעשה, האינטראקציה בין מגזרי ההידרופובי של ההידרוג'ל עם הקירות הצדדית מובילות לעטיפת ה-CNTs בתוך ההידרוג'ל נקבובי מטריקס14. זה לא רק מונע מהם להרכיב מצרפים פוטנציאלי רעיל, אבל זה גם מגביר CNTs מסיסות בפתרונות מלוחים (g., DPBS או בינונית תרבות התא).
כדי לשלב בהצלחה את מיקרואלקטרודות ה-Au בין ה-PEGDA ו-CNT-GelMA, יש לשים לב ספציפי לתוך החיבור האולטרא-סגול של כל שכבה אחת. באופן ספציפי, כדי להעביר את מיקרואלקטרודות ה-Au על שכבת ההידרוג'ל של PEGDA, יש צורך להבטיח שפתרון ההידרוג'ל מכסה את כל אזור האלקטרודה כדי למנוע את הקרע של האלקטרודות בשלב הפילינג. לכן, האיכות של ציפוי הזכוכית TMSPMA היא בסיסית כדי להבטיח הדבקה אופטימלית של PEGDA הידרוג'ל על מצע הזכוכית, ובכך למנוע את הניתוק שלה במהלך ההעברה של המיקרואלקטרודות.
שלב קריטי נוסף של השיטה הוא ניתוק הביומפעיל מתוך מגלשת הזכוכית התומכת. בעיה זו ניתן לפתור בקלות כאשר המכות ספונטנית של רקמות הלב הוא סינכרוני וחזק מספיק כדי לקלף באופן טבעי את ההידרוג'ל תומך מתוך מגלשת הזכוכית. מסיבה זו, כפי שדווח בעבר, היא בסיסית לייעל את דפוסי ההידרוג'ל כדי לגרום ליישור תא מסוים בצורה חיובית לארגון של רקמת לב תפקודית וסינכרוני.
כדי לחבר בחשמל את המיקרואלקטרודות למחולל צורת גל, יש ליצור חיבורים חשמליים במיקרואלקטרודות. במהלך שלב זה, חשוב לתמצת לחלוטין את הדבק הכסוף המשמש ליצירת קשר עם מיקרואלקטרודות לחוט הנחושת כדי למנוע אפקטים ציטוטוקסיים. הדבר מושג בהצלחה על ידי הפקדת טיפה דקה של PDMS בחלק העליון של איש הקשר החשמלי.
שיטה זו לא יכולה רק להתגבר על מגבלות של טכניקות אלקטרואופטיקה קיימות, כגון תהליכי ייצור מסובכים, זמני ייצור ארוכים ורעילות פוטנציאלית של כלים אלקטרואופטיקה, אלא גם לשפר בחוזקה את הביצועים של תא מבוסס מפעילים המובילים לגירוי בזמן אמת באמצעות שיטות בעלות נמוכה וקל לטפל. למרות העיצוב של מפעילים bioinspired השראת הנוכחי שלנו לא יכול ליצור הנעה קדימה, הצלחתו בתחום של רובוטים אוטונומית מבוססי תאים יכול למשוך הרבה עניין. שיטה זו יכולה גם לתרום לפיתוח תיקוני מוהשתלות באופן אלחוטי עבור גוף רובוט שלם. שיטה זו מחברת את הדרך לגירוי חשמלי בעתיד האלחוטי של ביואורוטים רכים, למרות שילוב של מעגלי RF גמישים ישירות בגרדום המבוסס על הידרוג'ל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
Acknowledgments
הנייר הזה מומן על ידי המוסדות הלאומיים לבריאות (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), מכון המחקר בריגהם בדרך פרס ממציא חזק, ואת הפרס החדשני של פרויקט (19IPLOI34660079).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 250 mL Beaker | PYREX | 1000-250CNEa | |
| 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | Sigma-Aldrich | 410896 | |
| 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate | Milipore | M6514 | |
| 37° Water bath | VWR | W6M | |
| 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma-Aldrich | D9542 | |
| 50mL Conical Centrifuge Tubes | Falcon | 14-959-49A | |
| 70 µm Cell Strainer | Falcon | 352350 | |
| 80° incubator | VWR | 1370GM | |
| Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG (H+L) | Invitrogen | A11029 | |
| Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen | A11037 | |
| Alexa Fluor 488 Phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
| Antibiotic/Antimycotic solution | ThermoFisher Scientific | 15240062 | |
| Anti-Connexin 43/GJAI antibody | Abcam | ab11370 | Rabbit polyclonal |
| Anti-Sarcomeric α-actinin | Abcam | ab9465 | Mouse monoclonal |
| Benchtop Freeze Dryers | Labconco | 77500-00 K | |
| Biosafety cabinet | Sterilgard | A/B3 | |
| Carbon rod electrodes | SGL Carbon Group | 6971105 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5804 | |
| CO2 incubator | Forma Scientific | 3110 | |
| Collagenase, Type II, Powder | Gibco | 17-101-015 | |
| Confocal Microscope | Zeiss | LSM 880 | |
| COOH Functionalized Carbon Nanotubes | NanoLab | PD30L5-20-COOH | |
| Dicing saw machine | Giorgio Technology | DAD-321 | |
| DMEM, High Glucose | Gibco | 11-965-118 | |
| DPBS without Calcium and Magnesium | Gibco | 14-190-144 | |
| E-beam evaporator | CHA | 57367 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10-437-028 | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G9391 | Type B, 300 bloom from porcine skin |
| Glass slide | VWR | 48382-180 | |
| HBSS without Calcium, Magnesium or Phenol Red | Gibco | 14-175-079 | |
| Inverted optical microscope | Olympus | CK40 | |
| Magnetic hotplate | Corning | PC-420 | |
| methacrylic anhydride | Sigma-Aldrich | 276695 | Contains 2,000ppm topanol A as inhibitor |
| Nunc EasYFlask 175cm2 | ThermoFisher Scientific | 159910 | |
| Olicscope | Siglent | SDS1052DL+ | |
| Paraformaldehyde Aqueous Solution -16% | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| PDMS SYLGARD 184 | Sigma-Aldrich | 761036 | |
| Photomask | Mini micro stencil inc | ||
| Platinum wire | Alfa Aesar | AA43014BU | |
| Polyethylene glycol dimethcrylate | Polysciences Inc. | 15178-100 | |
| Regenerated Cellulose Dialysis Tubing | Fisherbrand | 21-152-14 | |
| Silver Epoxy Adhesive | MG Chemicals | 8330S | |
| Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System | Millipore | S2GPU02RE | |
| Ultra sonicator | Qsonica | Q500 | |
| UV Curing System | OmniCure | S2000 | |
| Vortex mixer | Scientific Industry | SI-0246A | |
| Waveform generator | Agilent | 33500B | |
| Wrap Aluminium foil | Reynolds | N/A |
References
- Nawroth, J. C., et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nature Biotechnology. 30 (8), 792-797 (2012).
- Park, S. J., et al. Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray. Science. 353 (6295), 158-162 (2016).
- Laschi, C., et al. Soft Robot Arm Inspired by the Octopus. Advanced Robotics. 26 (7), 709-727 (2012).
- Alapan, Y., et al. Soft erythocyte-based bacterial microswimmers for cargo delivery. Science Robotics. 3 (17), 4423 (2018).
- Magdanz, V., Sanchez, S., Schmidt, O. G. Development of a Sperm-Flagella Driven Micro-Bio-Robot. Advanced Materials. 25 (45), 6581-6588 (2013).
- Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
- Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. Development and characterization of muscle-based actuators for self-stabilizing swimming biorobots. Lab Chip. 16 (18), 3473-3484 (2016).
- Shin, S. R., et al. Aligned Carbon Nanotube–Based Flexible Gel Substrates for Engineering Biohybrid Tissue Actuators. Advanced Functional Materials. 25 (28), 4486-4495 (2015).
- Shin, S. R., et al. Carbon-nanotube-embedded hydrogel sheets for engineering cardiac constructs and bioactuators. ACS Nano. 7 (3), 2369-2380 (2013).
- Shin, S. R., et al. Electrically Driven Microengineered Bioinspired Soft Robots. Advanced Materials. 30 (10), 1704189 (2018).
- Tye, K. M., Deisseroth, K. Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models. Nature Reviews Neuroscience. 13 (4), 251-266 (2012).
- Feinberg, A. W., et al. Muscular thin films for building actuators and powering devices. Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).
- Jia, Z., et al. Stimulating cardiac muscle by light: cardiac optogenetics by cell delivery. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 4 (5), 753-760 (2011).
- Shin, S. R. Carbon Nanotube Reinforced Hybrid Microgels as Scaffold Materials for Cell Encapsulation. ACS Nano. , (2013).
