方法文章

基于心肌细胞的驱动器与自稳定生物机器人——第一部分

7.4K 次观看

⸱

DOI：

10.3791/55642

⸱

2017年7月11日

 ,  ,  ,  , 
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

本文内容

摘要

在本项分为两部分的研究中，利用高柔性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）悬臂和活体肌肉细胞（心肌细胞）研制出一种生物驱动器，并对其进行了表征。该生物驱动器结合由改性PDMS材料制成的基底，构建出一种能够自我稳定的游动生物机器人。

摘要

生物机器，通常被称为生物机器人，是一类以活细胞或活体组织为基础的装置，其动力完全来源于活体成分的收缩活动。由于具有内在优势，生物机器人正逐渐引起关注，被视为传统全人工机器人的替代选择。已有多种研究致力于利用生物驱动器的性能，但直到最近，才开始有研究对生物机器人的性能进行定量表征，并通过几何结构优化来提升其功能与效率。本文展示了一种可自我稳定的游动型生物机器人，能够在无需外部干预的情况下维持其俯仰角、深度和滚动状态。本文第一部分描述了用于生物驱动器和生物机器人的PDMS支架的设计与制备，以及随后通过纤连蛋白进行功能化的步骤。在本两部分文章的第二部分中，我们将详细介绍心肌细胞的整合过程，并对生物驱动器与生物机器人的功能进行表征。两者均包含一个基座和尾部（悬臂结构），通过鳍状推进产生运动。尾部采用软光刻技术结合PDMS材料与激光雕刻工艺制造。在将尾部与装置基座组装后，对其进行细胞黏附蛋白功能化处理，并完全接种心肌细胞。生物驱动器的基座由一块实心PDMS块和中央的玻璃珠（作为配重）组成。而生物机器人的基座则由两种复合PDMS材料构成：Ni-PDMS和微球-PDMS（MB-PDMS）。Ni-PDMS中的镍粉可在细胞接种过程中实现磁控操作，并在运动过程中提高稳定性。MB-PDMS中的微球可降低材料密度，使生物机器人能够漂浮并稳定游动。利用这两种具有不同质量密度的材料，可精确调控整体质量分布，从而确保生物机器人在任意角度下均产生正向恢复力。该技术成功实现了磁控自稳定游动型生物机器人的构建。

引言

生物驱动器和生物机器人正在被积极研究，以期为多种应用提供一种传统机器人技术的替代方案。目前已开发出能够行走5,6,7,8、游泳1,2,3,4、泵送9,10或抓握11,12,13 的生物机器人。类似地，肌细胞可被整合到三维卷曲的PDMS结构中14。通常，生物机器人的骨架采用软光刻技术，使用水凝胶和PDMS（聚二甲基硅氧烷）等材料制造。这些材料因其柔韧性、生物相容性以及刚度易于调节而成为理想选择。通常将活体肌细胞与这些材料结合，以通过收缩产生驱动力。哺乳动物的心肌细胞（心肌细胞）和骨骼肌细胞在驱动应用中占主导地位。除这两种细胞外，昆虫肌肉组织也已在室温下用于驱动生物机器人3。在本项分为两部分的研究中，选择心肌细胞是因为其具有自发收缩的特性6。

早期关于生物机器人（biorobot）的研究大多集中于开发生物驱动器，而对生物机器人结构的优化及其关键功能的构建则长期被忽视。近年来，已有少数研究报道了受自然界推进模式启发的多种游泳方式的实现。这些方法结合了聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜与肌细胞，以模拟各种自然推进机制。例如，已有基于鞭毛的推进方式1、仿生水母推进2、生物混合型魟鱼机器人4以及基于薄膜PDMS的游泳装置13的报道。

本文介绍了能够自主稳定游动深度以及俯仰和横滚姿态的自稳定游动生物机器人（biorobot）的制备过程。该生物机器人具有一个固态基底或主体结构，通过表面附着心肌细胞的单个悬臂梁进行驱动。当心肌细胞收缩时，会引发悬臂梁沿纵向发生弯曲变形。这种游动方式被归类为箱鲀型游动（ostraciiform swimming）。箱鲀型游动的一个独特优势在于可在基底上集成额外功能模块。例如，基底可用于提供额外浮力，以携带其他载荷，或集成用于控制心肌细胞收缩的电路系统。

在以往的生物机器人研究中，生物机器人的稳定性常常被忽视。本研究通过设计采用不同复合PDMS材料且具有不同质量密度的基底，实现了生物机器人的自主稳定。该生物机器人因此能够抵抗外界干扰，并在无人工辅助的情况下维持其下潜深度、俯仰角和横滚角。第一层为微球PDMS（MB-PDMS）， 即 PDMS 混合微球，可降低生物机器人密度，使其能够在培养基中漂浮。第二层为 PDMS 悬臂，其厚度经过精确设计，使得心肌细胞产生的力可使悬臂显著弯曲，弯曲角度从 45° 至 90°。底层为镍-PDMS（Ni-PDMS） 即 混有镍粉的PDMS。该层具有多种功能：具有磁性，因此在细胞接种过程中可通过磁铁将生物机器人固定在培养基底部；镍混合物的密度高于MB-PDMS和培养基，可确保生物机器人在漂浮时保持直立状态；该层的重量可在任何俯仰和滚动角度下为生物机器人产生恢复力矩；此外，Ni-PDMS与MB-PDMS之间的体积比可维持生物机器人的浸没深度。本研究所提供的实验方案对于致力于表征肌细胞与组织搏动力的研究人员，以及希望构建游动型生物机器人的研究者具有重要参考价值。

本文第二部分以及近期的研究工作15中详细描述了功能化生物致动器和生物机器人装置的细胞接种、细胞的机械与生化表征，以及装置功能的定量分析。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

1. 计算聚二甲基硅氧烷及添加剂的质量

  1. 使用以下公式计算在后续步骤中特定高度所需的PDMS质量，
    M = ϱ*V = ϱ * 高度*面积          (1)，
    其中“高度”为层的厚度，“面积”为PDMS固化所用容器的底面积，“ϱ”为混合物的密度，“V”为体积。
    注：用于高度计算的密度值为：PDMS = 0.965 g/mL，Ni-PDMS = 1.639 g/mL，MB-PDMS = 0.648 g/mL。
  2. 使用公式(1)估算在给定容器中为获得生物致动器基底层特定高度（5 mm）所需的PDMS质量。PDMS混合物的密度为0.965 g/mL。
    注：PDMS基础剂与固化剂的质量比为10:1。
    Mbase = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-1)          (2)
    Mcuring agent = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-2)
  3. 使用公式(1)计算在给定容器中为获得生物机器人底部基底层特定高度（1.5 mm）所需的Ni-PDMS质量。
    注：质量比分别为1:1.88（镍粉:PDMS基础剂）和1:1.71:0.171（镍粉:PDMS基础剂:PDMS固化剂）。Ni-PDMS混合物的密度为1.639 g/mL。
    MNickel = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-3)          (3)
    Mbase = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-4)
    Mcuring agent = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-5)
  4. 同样地，使用公式(1)计算在给定容器中为获得生物机器人顶部基底层特定高度（3.5 mm）所需的MB-PDMS质量。
    注：质量比分别为1:5（微球:PDMS基础剂）和1:4.54:0.454（微球:PDMS基础剂:PDMS固化剂）。MB-PDMS混合物的密度为0.648 g/mL。
    MMicroballoon = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-6)          (4)
    Mbase = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-7)
    Mcuring agent = ϱ*V = ϱ*V*(figure-protocol-8)
  5. 使用分析脚本检查具有目标尺寸和几何形状的生物机器人的动态稳定性；参见补充材料中的“Biorobot_dynamic_stability.m”和“CG_CB_calculation.m”文件。

2. 在固定基底上构建生物驱动器

注意：见图 1a。

  1. 旋涂一层PDMS薄膜（见图1a-1和a2）。所得PDMS薄膜的厚度将为 25 µm.
    1. 将硅片置于光刻胶旋涂仪上，并打开泵开关以产生吸力。
      注意: 硅片直径为4英寸，且 500 µm 厚度
    2. 倒入正性光刻胶（例如 将S1808涂覆到硅片上，直至硅片表面完全覆盖。将旋涂仪程序设置为2,000 rpm旋转20秒，然后踩下脚踏板启动旋涂。旋涂结束后关闭真空吸力。
    3. 将加热板加热至 120 °C使用晶圆镊子从匀胶机上取下硅片，并将硅片直接放置于加热板上。用浅层培养皿覆盖硅片，加热烘烤10分钟。
      注意: 可使用烤箱以相同的温度和时间烘烤晶圆。 图1a-1 展示了这一过程。
    4. 将一个塑料容器放在电子天平上归零。向容器中加入6 g PDMS基底液，再加入0.6 g PDMS固化剂。充分混合PDMS溶液5分钟。
      注意：混合后，混合物应充满气泡。
    5. 将混合好的PDMS容器放入真空室中。将真空室压力降至100 mbar，保持容器在真空室中30分钟。解除真空，取出容器。使用前保持容器加盖。
    6. 将带有固化光刻胶层的硅片放置在旋涂仪上。缓慢地将全部脱气的PDMS混合物倒在硅片上。
      注意：缓慢倾倒，以免向混合物中引入新的气泡。
    7. 将旋转器设定为1,200 rpm，离心5分钟。开启旋转器的吸力并启动旋转器。离心结束后关闭吸力。
      注意：这些设置将导致 25 µm 厚层PDMS
    8. 将烤箱加热至 40 °C使用晶圆镊子从旋转涂覆仪上取下硅片，然后将其放入烘箱中。在烘箱中过夜烘烤后，于室温下冷却硅片。
      注意： 图1a-2 展示了这一过程。
  2. 薄层PDMS的激光刻蚀。
    1. 打开激光雕刻机及其排风设备的电源开关。开启与激光雕刻机相连的计算机。启动激光雕刻机配套软件。
    2. 在……之下 "文件" 可选步骤：打开图2e所示的生物驱动器设计文件。
      1. 按压 "设置" 按钮。单击 "蓝色" 并将功率设置为3%，速度设置为4%。点击“设置”。点击 "黑色" 并改变 "模式" 跳过。然后单击“Set”。对后续内容执行相同操作 "红色". 按下 "应用" 按钮以完成设置。
      2. 推入 "激活雕刻仪" 右上角的按钮
    3. 按压 "重新定位" 点击按钮将设计移至软件屏幕中央。
    4. 按压 "聚焦视图" 点击程序中的按钮，然后点击屏幕上生物机器人边缘的位置。这将使激光雕刻机的引导激光点移动到相应位置。
    5. 使用镊子手动移动晶圆，使晶圆上与2.2.4步骤中点击位置相对应的点位于引导激光点正下方。
    6. 按压 "开始雕刻上一个任务" 单击按钮以启动刻蚀过程。刻蚀完成后取出晶圆。关闭所有设备。
      注意： "开始雕刻上一个任务" 按钮为大型绿色三角形。切勿直视雕刻过程，因为激光可能损伤眼睛。 图1a-3 展示了这一过程。
  3. 生物驱动器基底的制备与构建
    1. 将玻璃珠（直径3 mm）倒入15 mL离心管中。加入用去离子水配制的70%乙醇浸没玻璃珠，浸泡24 h。去除乙醇，用去离子水充满离心管，继续浸泡24 h。倒出去离子水，将离心管置于加热板上 50 °C 以促进玻璃珠的干燥。
    2. 在式（1）计算出的PDMS质量基础上增加3 g，以补偿浇注过程中附着在容器壁上的PDMS。使用式（2）计算PDMS基础剂与固化剂的用量。
    3. 将一个塑料容器放在电子天平上并归零。将2.3.2步骤中确定的PDMS基础液量倒入容器中，并再次归零。然后将2.3.2步骤中确定的PDMS固化剂量倒入同一容器中。
    4. 将PDMS充分混合5分钟。
      注意：PDMS 使用比例为10:1（基础剂：固化剂）。混合物中应含有大量气泡。
    5. 将用于烘烤的容器放在天平上归零。小心地将步骤 2.3.2 中配制（并在步骤 2.3.4 中混合均匀）的适量 PDMS 倒入容器中。以规律间隔将清洗干净的玻璃珠滴入 PDMS 混合物中。每个玻璃珠周围需预留至少 5 mm 的空间，作为生物致动器基部的区域。
    6. 将容器放入真空室中，将真空压力降至100 mbar后关闭真空泵。30分钟后解除真空，取出容器。使用前保持覆盖。
      注意：随着混合物脱气以及真空室发生泄漏，腔内压力可能会随时间缓慢上升。如果压力升高超过100 mbar，应启动真空泵，将压力恢复至100 mbar。
    7. 将加热板加热至 40 °C将PDMS容器和玻璃珠小心地放在加热板上，盖上容器，过夜烘烤。
  4. 生物驱动器组装。
    注意：以下步骤可直接用肉眼观察进行。
    1. 使用剃刀从2.3部分制备的块状PDMS中切割出（5 mm × 5 mm × 5 mm）的立方体。
      注意：每个立方体的中心应放置一个珠子。
    2. 用胶带按压每个生物致动器基座的各个侧面，以去除基座表面的任何污染物，然后揭下胶带。每侧均重复此操作。
    3. 重复步骤 2.3.2 至 2.3.6，制备少量液态 PDMS。将针尖浸入液态 PDMS 中，然后在步骤 2.2 制备的晶圆上已刻蚀的基底区域滴加一滴液态 PDMS。涂抹 PDMS 液滴，使其完全覆盖 5 mm × 5 mm 的基底区域。
      注意：基底区域是中间的方形部分 图2a.
    4. 使用镊子将2.4.2步骤中清洗后的立方体放置在涂有液态PDMS的基底区域上。
    5. 重复步骤 2.4.3 "滴加一滴液态PDMS" 直至完成每个设备的制作，并执行步骤 2.4.4。
    6. 将加热板加热至 40 °C将带有组装结构的硅片小心地放置于加热板上。盖上盖子，过夜烘烤。
      注意: 保持组装状态直至使用。 图1a-4 展示最终装置。

3. 生物机器人制备（图1b）

  1. 旋涂并激光刻蚀一层薄 PDMS 膜
    1. 使用新的硅片重复步骤 2.1 和 2.2 中的所有操作。这将得到一个带有薄层 PDMS 和光刻胶的硅片，其中光刻胶上刻有生物机器人设计。
      注意：在重复步骤 2.2 时，应使用生物机器人设计进行激光刻蚀，而非之前使用的生物致动器设计。图 1b-1 和 b-3 描述了这些过程。
  2. PDMS 复合材料的制备与加工
    注意：以下步骤可用肉眼完成。
    1. 将酚醛微球倒入一个 50 mL 离心管中至装满，加入 70% 乙醇（溶于去离子水中），静置 24 小时。倒出乙醇，加入去离子水，再静置 24 小时。倒出去离子水后，将离心管置于 50 °C 的加热板上，以促进微球在使用前的干燥。
    2. 使用公式 (1)，结合 MB-PDMS 的密度和 3.5 mm 的高度，计算所需 PDMS 的体积。额外增加 3 g 的量，以补偿倾倒后残留在容器中的材料。使用公式 (3) 计算 PDMS 基体和固化剂的用量。使用天平准确称取相应量的 PDMS 基体、固化剂和微球。
    3. 使用公式 (1)，结合 Ni-PDMS 的密度和 1.5 mm 的高度，计算所需 PDMS 的体积。与步骤 3.2.2 一样，额外增加 3 g 的量。使用公式 (2) 计算 PDMS 基体和固化剂的用量。使用天平准确称取相应量的 PDMS 基体、固化剂和镍粉。
    4. 分别将 MB-PDMS 和 Ni-PDMS 的混合物搅拌 5 分钟。使用天平，小心地将步骤 3.2.2 和 3.2.3 中计算出的正确量的 MB-PDMS 和 Ni-PDMS 分别倒入不同的容器中。
      注意：应使用金属或玻璃棒彻底搅拌混合物，但避免刮擦容器底部表面。混合物中会含有气泡。
    5. 将两个容器放入真空腔中，将压力降至 100 mbar 并维持 30 分钟。解除真空后取出容器，并在使用前保持覆盖状态。
    6. 将加热板加热至 40 °C，将装有 MB-PDMS 和 Ni-PDMS 的容器置于加热板上。盖上每个容器，烘烤过夜。
      注意：储存时应加盖，直至使用。
  3. 生物机器人组装
    1. 使用剃刀片从 Ni-PDMS 和 MB-PDMS 材料上切割出与各生物机器人尺寸相对应的基底。基底设计参见图 2b-2d。
      注意：Ni-PDMS 的厚度为 1.5 mm，MB-PDMS 的厚度为 3.5 mm。
    2. 通过将基底按压到胶带并撕下的方式，清洁生物机器人基底的所有表面，以去除表面污染物。每侧均重复此操作。
    3. 打开电晕放电器。将电晕放电器的尖端置于放置在金属板上的 Ni-PDMS 基底上方约 1 cm 处，金属板与基底之间垫有洁净室擦拭纸。移动尖端绕基底处理 15 秒，以完成表面处理。
      注意：电晕放电器与基底之间应产生放电现象。若未发生放电，应将尖端逐渐靠近，直至出现放电。
    4. 重复步骤 3.3.3，以相同时间处理在步骤 3.1 中刻蚀的生物机器人基底表面。使用镊子将经过处理的 Ni-PDMS 面贴合到薄膜的处理面上，静置 5 分钟。
      注意：这将使两部分牢固粘合。参见图 1b4。
    5. 使用尖头镊子将生物机器人悬臂梁从硅片上剥离，并将其放置在 Ni-PDMS 基底的底部。使用镊子将整个组件从硅片上取下。
      注意：悬臂梁将附着在 Ni-PDMS 基底上。图 1b-5 和 b-6 描述了此过程。
    6. 在 MB-PDMS 基底顶部滴加少量未固化的 PDMS（基体与固化剂比例为 10:1）。使用镊子将带有薄层 PDMS 的 Ni-PDMS 面与含有未固化 PDMS 的 MB-PDMS 面贴合。将组件放入塑料培养皿中，然后置于 40 °C 加热板上过夜固化。
      注意：图 1b-7 展示了最终装置。

4. 装置的功能化

注意：： 以下，我们描述了用于细胞接种的设备准备过程。

  1. 准备所需材料：纤连蛋白溶液（50 µg/mL）、磷酸盐缓冲液（PBS）、添加了10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素抗生素的杜氏改良伊格尔培养基（DMEM完全培养基）。
  2. 将100 µL纤连蛋白溶液滴加至T-25培养瓶的中央（培养瓶直立时的底部表面）。每个装置需使用独立的培养瓶。
  3. 将生物机器人或生物致动器倒置放置于纤连蛋白溶液液滴上，确保悬臂展开并浸入液滴中。在37 ℃下孵育30分钟。
  4. 孵育结束后，吸除纤连蛋白溶液，并用PBS洗涤两次。
  5. 吸除PBS后，向培养瓶中加入10 mL DMEM培养基。在37 ℃下孵育1小时，以促进PDMS的脱气。为使生物机器人完全浸没于10 mL培养基中，可使用磁铁将装置固定在培养瓶底部。将装有样品的培养瓶置于超声波清洗仪中处理5分钟，以去除气泡。
    注意：在孵育过程中，PDMS表面会形成气泡，此处称为脱气。生物机器人组装中使用的Ni-PDMS具有磁性。生物致动器无需使用磁铁，因其玻璃微珠的重量足以使其保持在培养瓶底部。生物机器人或生物致动器组装体现已准备就绪，可用于细胞接种，具体步骤详见第2部分。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

生物致动器与生物机器人具有非常相似的制备流程，因为生物机器人是生物致动器的自然延伸（图1）。首先开发生物致动器，旨在建立生物机器人所需的技术，分析细胞产生的力，并从力学和生物化学角度表征细胞的成熟过程；这些内容在本文第二部分以及我们近期发表的研究15中均有详细描述。

在心肌细胞片完全收缩期间，针对悬臂梁曲率半径的显著变化，评估并调节了驱动器的弹簧常数。随后，在设计生物机器人时，我们特别考虑了其稳定性、细胞接种过程中的可控性以及运动的便捷性。最初选择了几种不同特性的设计方案，如图2b-2d所示，以评估哪些特性对设计需求的影响最大。我们设计并测试了具有短、长和宽悬臂梁的生物机器人，以及具有多个悬臂梁的结构，以探究驱动器变化对生物机器人功能的影响。我们还考虑了浮动基座的不同尺寸。基座的几何形状保持为三角形，因其可产生导致定向运动的不对称性。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

在水生游泳生物中可以观察到多种运动机制16。本研究中生物机器人所采用的运动机制为基于鳍的运动方式，具体为箱鲀型运动。箱鲀型游泳者通过摆动尾部（悬臂结构）并配合刚性躯体（分层基底）实现推进16。箱鲀和牛鱼等鱼类即采用此类运动方式。箱鲀型游泳者通常速度较慢，且身体形态效率较低。尽管箱鲀式游泳在速度上存在不足，但这种游泳方式使工程师能够在基底或身体部分集成多种功能（如动态稳定性）。本研究开发的生物机器人设计基于一个坚固的基底以实现浮力和稳定性，并采用自驱动悬臂结构作为推进机制。在本研究中制造生物机器人的最重要步骤之一是使用薄膜聚二甲基硅氧烷（PDMS）并通过激光雕刻工艺形成悬臂结构。若悬臂结构不够洁净，或PDMS配比不当（影响弹性）、厚度不准确（影响弹簧常数）、尺寸不合适（无法提供足够表面积以支持心肌细胞融合性黏附并产生运动），则生物机器人将无法正常运作。此外，还必须通过超声处理彻底去除悬臂表面的所有气泡，以创造适合心肌细胞附着的可行表面。

所开发的PDMS复合材料MB-PDMS和Ni-PDM...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

作者无任何利益冲突需要披露

致谢

M. T. Holley 获得路易斯安那州校董会研究生研究员项目的支持，C. Danielson 获得霍华德·休斯医学研究所教授项目的支持。本研究获得美国国家科学基金会资助项目（编号：1530884）的支持。作者感谢先进微结构与器件中心（CAMD）洁净室提供的支持。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
聚二甲基硅氧烷（PDMS）道康宁184 sil elast kit  0.5kgSylgard 184
镍粉西格玛-奥德里奇266981-100G
酚醛微球US CompositesBJO-0930
硅晶圆直径4英寸
PWM101轻型匀胶机旋涂仪
正性光刻胶（S1808）道康宁DEM-10018197
加热板
真空腔室
M206机械对流烘箱对流烘箱
激光雕刻机Universal Laser SystemVLS2.30采用10 W、10.6 µm波长的CO2激光器
Universal Laser Systems应用软件Universal Laser System用于运行VLS 2.30的软件
MatlabMathWorks数值分析程序
Scotch胶带Scotch品牌
实心玻璃珠西格玛-奥德里奇Z265926-1EA钠钙玻璃，直径3 mm
电子天平梅特勒-托利多EL303
BD-20AC实验室电晕处理仪Electrotechnic Products12051A电晕放电器
1.9 L超声波清洗机费希尔科技15-337-40240 kHz工业换能器
牛血浆纤维连接蛋白西格玛-奥德里奇F1141
Dulbecco’s磷酸盐缓冲液（PBS）西格玛-奥德里奇D1408-100ML
Dulbecco’s改良Eagle培养基（DMEM）Hyclone Laboratories16750-074含4500 mg/L葡萄糖、4.0 mM L-谷氨酰胺和110 mg/L丙酮酸钠
Fetalclone III血清Hyclone Industries, GE16777-240胎牛血清
青霉素G钠盐西格玛-奥德里奇P3032

参考文献

  1. Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number. Nat commun. 5, (2014).
  2. Nawroth, J., et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).
  3. Huge Herr,, D, A swimming Robot Actuated by Living Muscle Tissue. J Neuroeng. Rehabil. 1, (2004).
  4. Park, S., al, el Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray. Science. 353 (6295), 158-162 (2016).
  5. Chan, V., Park, K., Colleens, M., Kong, H., Saif, T., Bashir, R. Development of miniaturized walking biological machines. Sci. Rep. 2, 857(2012).
  6. Cvetkovic, C., et al. Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle. PNAS. 111, 10125-10130 (2014).
  7. Xi, J., Scmidt, J., Montemagno, C. Self-assembled microdevices driven by muscle. Nat. Mater. 4, 180-184 (2005).
  8. Kim, J., et al. Establishment of a fabrication method for a long-term actuated hybrid cell robot. Lab Chip. 7, 1504-1508 (2007).
  9. Tanaka, Y., Sato, K., Shimizu, T., Yamato, M., Okano, T., Kitamori, T. A micro-spherical heart pump powered by cultured cardiomyocytes. Lab Chip. 7, 207-212 (2007).
  10. Park, J., et al. Micro pumping with cardiomyocyte-polymer hybrid. Lab Chip. 7, 1367-1370 (2007).
  11. Akiyama, Y. Atmospheric-operable bioactuator powered by insect muscle packaged with medium. Lab Chip. 13, 4870-4880 (2013).
  12. Kabumoto, K., Hoshino, T., Akiyama, Y., Morishima, K. Voluntary movement controlled by the surface EMG signal for tissue-engineered skeletal muscle on a gripping tool. Tissue Eng. Part A. 19, 1695-1703 (2013).
  13. Feinberg, A., Feigel, A., Shevkoplyas, S., Sheehy, S., Whitesides, G., Parker, K. Muscular thin films for building actuators and powering devices. Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).
  14. Vannozi, L., et al. Self-assembly of polydimethylsiloxane structures from 2D to 3D for bio-hybrid actuation. Bioinspiration Biomimetics. 10 (5), (2015).
  15. 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, 3473-3484 (2016).
  16. Sfakiotakis, M., Lane, D., Davies, J. Review of fish swimming modes for aquatic locomotion. IEEE J. Oceanic Eng. 24, 237-252 (1999).
  17. McCain, M., Agarwal, A., Hesmith, H., Nesmith, A., Parker, K. Micromolded gelatin hydrogels for extended culture of engineered cardiac tissues. Biomaterials. 35 (21), 5462-5471 (2014).

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

PDMS

相关文章