القلب القائم على خلايا العضلات المحرك و بيوروبوت الاستقرار الذاتي - الجزء 1

الهدف العام من هذا الفيديو هو وصف كيفية تطوير وتوصيف مشغل بيولوجي باستخدام ناتئ PDMS مرن في خلايا عضلة القلب. ثم يتم دمج هذه المحركات مع قاعدة معدلة لتشكيل روبوت حيوي للسباحة ذاتي الاستقرار. طريقة التحقق الموضحة هنا فريدة من نوعها ، حيث يتم تعديل هيكل القاعدة الميكانيكية لتشكيل روبوت حيوي للسباحة ذاتي التثبيت يمكن تحديد موضعه أيضا خارجيا باستخدام المغناطيس.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن تغيير الخصائص الأساسية بسهولة لضبط طفو الجهاز ولتحقيق الاستقرار الذاتي. يمكن تطبيق هذه الطريقة لتطوير أجهزة جديدة أخرى تتطلب تثبيتا ذاتيا وتعويما. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأن تشويه الكابولي ميكانيكيا يمثل تحديا.

نظرا لحجمها الرقيق ، يمكن بسهولة تمزقها أو عالقة في أشكال غريبة. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث يصعب تعلم الخطوات والتجميع بدون مساعدة بصرية. للبدء ، ضع رقاقة السيليكون على دوار مقاوم للصور.

أضف مقاومة رقيقة للصور إلى الرقاقة وقم بتدوير الطبقة عند 2 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 20 ثانية للحصول على سمك مستهدف يبلغ 1.2 ميكرومتر. بعد ذلك ، استخدم ملاقط الويفر لنقل الرقاقة المطلية إلى لوح تسخين مسخن مسبقا إلى 120 درجة مئوية. غطي الرقاقة بطبق بيتري ضحل واخبزيها لمدة 10 دقائق.

قم بوزن ستة جرامات من قاعدة PDMS واجمعها مع 0.6 جرام من عامل معالجة PDMS. اخلطي مكونات PDMS جيدا لمدة خمس دقائق. ضع خليط PDMS في غرفة مفرغة واسحب فراغا 100 مللي بار لمدة 30 دقيقة.

عند الانتهاء ، اكسر المكنسة الكهربائية وقم بإزالة الحاوية. احتفظ بالحاوية مغطاة حتى تكون هناك حاجة إلى PDMS. بمجرد أن تبرد الرقاقة ، ضعها مرة أخرى على الدوار المقاوم للصور.

اسكب ببطء خليط PDMS منزوع الغاز بالكامل على الرقاقة حتى لا يتم إدخال فقاعات جديدة. ثم قم بتدوير الرقاقة عند 1 ، 200 دورة في الدقيقة لمدة خمس دقائق. باستخدام ملاقط الويفر ، قم بإزالة الرقاقة من المغطي الدوار وضعها في فرن مسخن مسبقا.

اخبزي الرقاقة طوال الليل ثم بردي الرقاقة إلى درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، قم بإعداد حفارة ليزر لتصميم طبقة PDMS ذات الأغشية الرقيقة. ابدأ بتشغيل آلة النقش بالليزر ونظام العادم الخاص بها.

ثم قم بتشغيل الكمبيوتر المتصل بآلة النقش بالليزر وافتح برنامج النقش بالليزر. ضمن ملف، افتح ملف تصميم المشغل البيولوجي. اضغط على زر الإعدادات ، وانقر فوق أزرق ، وقم بتغيير إعداد الطاقة إلى 3٪ والسرعة إلى 4٪ انقر فوق تعيين ، وانقر فوق الأحمر ، وقم بتغيير الوضع إلى تخطي.

ثم انقر على ضبط. افعل الشيء نفسه مع الأسود. اضغط على الزر "تطبيق" لإنهاء الإعدادات.

بعد ذلك ، حدد تنشيط آلة النقاش. ثم اضغط على نقل لنقل التصميم إلى منتصف الشاشة. بعد ذلك ، اضغط على زر عرض التركيز وانقر على حافة التصميم لتحريك نقطة الليزر التوجيهية إلى النقطة المقابلة.

بمحاذاة الرقاقة بعناية مع نقطة الليزر التوجيهية باستخدام أيدي مرتدية القفازات. بمجرد المحاذاة، حدد بدء نقش الوظيفة السابقة لبدء عملية النقش. من أجل تصنيع قاعدة المحرك البيولوجي ، هناك حاجة إلى حاوية للخبز.

أولا ، ضع تلك الحاوية على مقياس وصفر المقياس. بعد ذلك ، اسكب PDMS المخلوطة مسبقا وضع حبات زجاجية نظيفة بقطر 3 ملم على خليط PDMS على فترات منتظمة. اترك مساحة لا تقل عن 5 ملليمترات حول كل حبة لقاعدة المشغل البيولوجي.

ضع الحاوية في غرفة مفرغة ، وقلل الفراغ إلى 100 مللي بار وقم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ. بعد 30 دقيقة ، اكسر المكنسة الكهربائية وقم بإزالة الحاوية. احتفظ بالحاوية مغطاة حتى الحاجة.

بعد ذلك ، قم بتسخين لوح تسخين إلى 40 درجة مئوية وضع وعاء PDMS بعناية مع الخرز الزجاجي على لوح التسخين. غطي الوعاء واخبزه طوال الليل. بمجرد أن يبرد ، استخدم شفرة حلاقة لقطع مكعبات 5 ملم من PDMS السائبة بحيث يحتوي كل مكعب على حبة زجاجية واحدة في وسطها.

ثم اغمس طرف الإبرة في PDMS السائل المحضر حديثا وضع قطرة من PDMS على منطقة القاعدة المحفورة للرقاقة. قم بتشويه القطرة بحيث تغطي مساحة القاعدة 5 ملم × 5 ملليمترات بالكامل. أخيرا ، استخدم زوجا من الملقط لوضع المكعب الذي يحتوي على الخرزة الزجاجية على منطقة القاعدة المغطاة ب PDMS السائل.

كرر هذه العملية لكل جهاز. بمجرد الانتهاء ، انقل الرقاقة إلى لوح تسخين 40 درجة مئوية وقم بتغطيته لتخبز طوال الليل. استخدم زوجا من الملقط الحاد لتقشير الكابولي من الرقاقة وإرفاقه بالجدار الجانبي للقاعدة.

ثم افصل المجموعة بأكملها بعناية عن الرقاقة عن طريق سحب القاعدة. للبدء ، كرر عملية التصنيع المستخدمة في المحركات البيولوجية من خلال خطوة النقش بالليزر. ومع ذلك ، لتصنيع الروبوتات الحيوية ، استخدم تصميم الروبوت الحيوي أثناء القطع بالليزر.

بعد ذلك ، قم بإعداد خليط PDMS بالون الصغير وخليط PDMS لمسحوق النيكل كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. صب المحاليل بعناية في حاويات منفصلة باستخدام مقياس. ضع كلا الحاويتين في غرفة مفرغة وقلل ضغطها إلى 100 مللي بار لمدة 30 دقيقة.

بمجرد تفريغها ، ضع الحاويات على لوح تسخين عند 40 درجة مئوية طوال الليل. استخدم شفرة حلاقة لقطع قواعد الروبوت الحيوي من كل بوليمر بأبعاد خاصة بكل حجم من أحجام الروبوت الحيوي كما هو موضح هنا. ضع قاعدة PDMS المصنوعة من النيكل على صفيحة معدنية مع منديل غرفة نظيف بينهما.

ثم قم بتشغيل مفرغ الهالة وإحضار طرف المفرغ 1 سم فوق القواعد. حرك الطرف حول القاعدة لمدة 15 ثانية لمعالجة السطح. كرر هذه العملية لمعالجة سطح القواعد المحفورة بالليزر لنفس المدة.

ثم استخدم الملقط لوضع الجانب المعالج بالنيكل PDMS على الجانب المعالج من الفيلم. دع الجهاز يجلس لمدة خمس دقائق حيث تلتصق الأجزاء ببعضها البعض. بعد ذلك ، استخدم زوجا من الملقط الحاد لتقشير ناتئ الروبوت الحيوي من الرقاقة ووضعه في قاع قاعدة PDMS المصنوعة من النيكل.

ثم قم بإزالة المجموعة بأكملها من الرقاقة. لتوصيل PDMS بالبالون الصغير بالتجميع ، أولا ، ضع قطرة صغيرة من PDMS غير المعالجة فوقه. ثم استخدم زوجا من الملقط لوضع جانب PDMS من النيكل الذي يحتوي على الأغشية الرقيقة PDMS على قطرة PDMS غير المعالجة.

ضع المجموعة بأكملها في طبق بلاستيك من بيتري ثم ضعه على لوح تسخين على حرارة 40 درجة مئوية للعلاج طوال الليل. لتحضير الأجهزة لتلقيح الخلايا ، ضع أولا 100 ميكرولتر من محلول Fibronectin في وسط قارورة ثقافة T25 منفصلة لكل جهاز. ثم ضع الروبوت الحيوي أو المشغل البيولوجي متجها لأسفل فوق قطرة محلول الفبرونيكتين.

تأكد من فتح الكابولي وغمره داخل القطرة ، ثم احتضن القارورة عند 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. بعد الحضانة ، قم بإزالة محلول Fibronectin وغسل الأجهزة مرتين باستخدام PBS. ثم قم بإزالة PBS واملأ القارورة ب 10 ملليلتر من DMEM مكملة ب 10٪ FBS و 1٪ بنسلين.

احتضان الجهاز عند 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لتفريغ PDMS. ثم استخدم مغناطيسا لتثبيت الروبوت الحيوي في الجزء السفلي من القارورة ، ووضع القارورة مع العينات في حمام الموجات فوق الصوتية لمدة خمس دقائق ، لإزالة أي فقاعات. لتحديد السماكة الصحيحة لكل طبقة مركبة ، تم اختبار نسب خلط مختلفة مع نسبة خلط النيكل والبالونات الدقيقة في PDMS.

تسمح طبقة PDMS المصنوعة من النيكل بالتحكم المغناطيسي واستقرار الروبوت. بالإضافة إلى ذلك ، تمكن طبقة PDMS بالون الصغير الروبوت الحيوي من الطفو والسباحة بثبات. ينتج عن الجمع بين الطبقتين إطار التثبيت الذاتي للروبوت الحيوي.

باستخدام نص حاسوبي ، تم تحليل الاستقرار عدديا وثبت أنه يتمتع بلحظة استعادة قوية باستخدام هذه الطريقة ذات الطبقتين. من المهم أن تتذكر الحفاظ على نظافة الكابول طوال هذا الإجراء ، والحفاظ على النسبة الصحيحة لخليط PDMS وسمك الكابولي. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن تفهم كيف يمكن تشكيل المواد المرنة في ناتئ رفيع لدعم خلايا عضلة القلب وكيف يمكن تعديلها للحصول على خصائص جديدة مثل الطفو أو المغناطيسية للوظائف المتقدمة.

يمكن تعديل إجراء التحقق هذا من خلال دمج تقنيات أخرى مثل مكعبات محاذاة الزخرفة ، من أجل تعزيز اتجاه الخلية وزيادة الجيل الرابع. لا تنس أن العمل مع النقش بالليزر يمكن أن يكون خطيرا للغاية ، ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء الملابس والنظارات الواقية المناسبة أثناء تنفيذ هذا الإجراء.