Bioinspired لينة روبوت مع Microelectrodes المدمجة

يمكن لدينا طريقة جديدة لتلفيق التحكم كهربائيا المحرك bioinspired التغلب ليس فقط على الحد من المحرك الحيوي الموجود، ولكن أيضا تعزيز أداء بقوة من المحرك القائم على الخلية. باستخدام هذه التقنية منخفضة التكلفة وسهلة التعامل ، يمكن التحكم في سلوك التشغيل للروبوت الناعم الحيوي وضبطه مما يؤدي إلى التحفيز في الوقت الحقيقي. يمكن أن تمتد طريقتنا الجديدة في تطبيق جهاز إلكتروني مرن قابل للزرع لاسلكياً قابل للزرع لتجديد القلب.

ويمكن أيضا أن تكون هذه الطريقة بمثابة منصة جديدة لدراسة التحفيز الكهربائي المحلي للنيايات الكامنة الخلية. تبدأ عن طريق حل 80 ملليغرام من GelMA في أربعة ملليلتر من برنامج تلفزيوني دولبيككو. ثم إضافة 20 ملليغرام من حمض الكربوكسيلي وظيفية متعددة الجدران نانويب الكربون و sonicate الحل لمدة ساعة واحدة في 660 millihertz و 100 واط.

لإنشاء micropatterned PEGDA، ضع طبقة واحدة من 50 ميكرومتر سميكة الشريط الشفاف التجاري إلى شريحة زجاجية مغلفة TMSPMA واحد، صب 15 ميكرولترات من 20٪ PEGDA حل prepolymer على رأس الشريحة الزجاجية المغلفة، ثم تغطيتها مع microelectrodes الذهب. ضع أول قناع ضوئي على قمة الشريحة وتعرّض البناء بأكمله إلى 200 واط من الأشعة فوق البنفسجية عند 800 مللي واط من الشدة ومسافة ثمانية سنتيمتر لمدة 110 ثوانٍ. في نهاية التعرض للأشعة فوق البنفسجية، وضع الشريحة الزجاجية في برنامج تلفزيوني في دولبيككو.

إضافة 20 قطرات ميكرولتر من الكربون نانوتيتوب جيلما حل prepolymer بين الفواصل. بعد خمس إلى 10 دقائق، قم بفصل بعناية هيدروجيل PEGDA الصغير و microelectrodes الذهب من الركيزة الزجاجية غير المصقول ووضع الشريحة رأسا على عقب على الفواصل. إصلاح الشريحة إلى الطبق مع شريط لاصق والوجه التجمع بأكمله رأسا على عقب.

ضع قناع ضوئي ثاني على الشريحة الزجاجية وتعرّض الجمعية لضوء الأشعة فوق البنفسجية كما هو موضح لمدة 200 ثانية. في نهاية التعرض، وغسل سقالة مرة واحدة مع برنامج تلفزيوني Dulbecco الطازجة ومواحدة مرة واحدة مع متوسطة ثقافة الخلية تكملها 10٪ مصل الأبقار الجنينية. ثم ضع السقالة في وسط جديد في طبق بيتري جديد في حاضنة درجة 37 درجة مئوية بين عشية وضحاها.

بعد عزل القلب من قلوب الفئران الوليدية التي يبلغ عمرها يومين وفقًا للبروتوكولات القياسية ، أعيد تركيز الخلايا بمعدل 1.95 مرة 10 إلى الخلايا الست لكل ملليلتر من تركيز القلب المتوسط وبذرت الخلايا على الروبوت الناعم الملفق في القطرات. عندما تم تغطية السطح بأكمله من الجهاز، احتضان العينات في 37 درجة مئوية لمدة خمسة أيام، واستبدال ناظر الثقافة مع خمسة ملليلتر من خلية جديدة ثقافة المتوسطة تكملها 2٪ مصل الأبقار الجنين و 1٪ L-الجلوتامين في الأيام الأولى والثانية بعد البذر. لتقييم الضرب التلقائي للقلب العضلي القلب على الروبوت الناعم ، بدءًا من اليوم الثالث من الثقافة ، ضع الروبوت على مرحلة المجهر البصري المقلوب واستخدم برنامجًا هدفًا التقاط فيديو 5X أو 10X لتصوير نشاط cardiomyocyte لمدة 30 ثانية بمعدل 20 إطارًا في الثانية.

في اليوم الخامس، استخدم شريحة غطاء لرفع الأغشية على الحافة برفق. باستخدام جهاز بي إم إس إم متباعدة ثلاثة سنتيمترات كصاحب، قم بلصق أقطاب قضيب كربوني مع سلك بلاتيني إلى طبق بيتري ستة سنتيمترات مليء بوسيطة القلب ونقل الروبوت الناعم بعناية إلى الطبق. ثم تطبيق الموجي مربع مع عرض نبض 50 مللي ثانية، مباشرة قيمة الإزاحة الحالية من فولت صفر، وذرية الجهد السعة بين 0.5 و 6 فولت.

للتحفيز الكهربائي مع ميكروكيلترودات الذهب، بعد تصنيع بناء متعدد الطبقات، واستخدام عجينة الفضة لإرفاق اثنين من أسلاك النحاس إلى أقطاب الذهب من خلال منفذ مربع خارجي وتغطية عجينة مع طبقة رقيقة من PDMS الشفاء المسبق في 80 درجة مئوية لمدة خمس دقائق. ثم ضع العينة على صفيحة ساخنة عند 45 درجة مئوية لمدة خمس ساعات لتربط بشكل كامل PDMS. بعد seeding cardiomyocyte على الأسلاك المتصلة الروبوت لينة، وتطبيق حافز كهربائي موجة مربعة على الأسلاك النحاسية مع قيمة إزاحة الحالية المباشرة من فولت واحد، وطاقة ذروة سعة الجهد بين 1.5 و 5 فولت، وترددات من 0.5، واحد، واثنين من هيرتز على التوالي.

تم تصميم هذه الروبوتات الناعمة من خلال التحلل البيولوجي لأنماط حيوانين مائيين مختلفين، نجم البحر وشعاع مانتا. أظهرت طبقات الجيلما النانوية المبذرة في القلب من طبقات الجيلما سلوكيات مختلفة للنبض وفقًا لمسافات النمط. لمنع لا رجعة فيه كاملة المتداول من الروبوت الناعمة خلال الضرب الديناميكي للقلب العضلي، تم تحسين التباعد نمط طبقة دعم هيدروجيل PEGDA إلى 300 ميكرومتر.

في هذه الإطارات المكتسبة من تسجيلات انكماش، يمكن ملاحظة مشغل على شكل شعاع مانتا بوضوح الانحناء الأجنحة كما هو متوقع مع الذيل موازنة الهيكل عن طريق استقامة عندما كانت أجنحة إغلاق بقوة في الوسط. بعض الأغشية تظهر حركة دوارة أثناء الانكماش بسبب عدم الانحياز ميكروباتي الأنابيب النانوية الكربونية GelMA وPEGDA هيدروجيلس. يمكن أيضًا تصور أنسجة القلب على أنماط PEGDA الصغيرة والجيلما النانوية الكربونية من خلال التصوير confocal F-actin DAPI.

يمكن أيضًا ملاحظة محاذاة ساركوميري أحادية المحور الجزئية وهياكل الساركومير المترابطة على المناطق المنقوشة عن طريق المجهر confocal وكذلك هياكل ساركومير المترابطة من أنسجة القلب الموجودة مباشرة فوق ميكروليكتروديس. يختلف الجهد العتبي للإثارة عند ترددات مختلفة من التحفيز الكهربائي من خلال قطب الكربون الخارجي أو السلك النحاسي المتصل بأقطاب الذهب. عملية الربط عبر الأشعة فوق البنفسجية من PEGDA وجيلما micropatterning باستخدام الاشماع الضوئية مهم للحصول على جودة عالية الذهب microelectrode دمج multiطبقات التي تغطيها.

يمكن استخدام الطباعة الحيوية لاختلاق هيدروجيل micropatterned وكهرباء مرنة. استخدمنا الطباعة البيولوجية للحصول على روبوت ناعم محدد هندسيًا بطريقة سريعة وغير مكلفة وعالية الإنتاجية. ويمكن أن تسهم طريقتنا في تطوير التحفيز الكهربائي اللاسلكي للروبوت الناعم من خلال دمج الجهاز الإلكتروني المرن مباشرة في سقالة تعمل على أساس الهيدروجيل.

يجب التعامل مع الأنابيب النانوية الكربونية والمذيبات العضوية دائمًا داخل غطاء محرك السيارة حيث يمكن لألياف الأنابيب النانوية الكربونية أن تشق طريقها إلى الرئتين مما يشكل خطرًا على تطور السرطان.