במחקר זה שני חלקים, actuator ביולוגי פותחה באמצעות polylyimethylsiloxane גמישים (PDMS) cantilevers ותאי שריר חיים (cardiomyocytes), ומאופיינת. המפעיל הביולוגי שולב עם בסיס עשוי מחומרים PDMS שונה לבנות עצמית מייצב, שחייה biorobot.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1
* These authors contributed equally
במאמר זה
סיכום
תקציר
מכונות ביולוגיות המכונה לעתים קרובות biorobots, הם חיים תאים או מבוססי רקמות התקנים המופעלים אך ורק על ידי פעילות קונקרטית של מרכיבים חיים. בשל היתרונות הגלומים בהם, biorobots הם צובר עניין כחלופות רובוטים מלאכותיים מסורתיים מלא. מחקרים שונים התמקדו ברתמת כוחם של המפעילים הביולוגיים, אך רק לאחרונה מחקרים איפיינו כמותית את הביצועים של biorobots ולמדו הגיאומטריה שלהם כדי לשפר את הפונקציונליות ואת היעילות. כאן, אנו מדגימים את הפיתוח של ביורובוט שחייה עצמית המייצב כי יכול לשמור על המגרש, עומק, רול ללא התערבות חיצונית. העיצוב ואת ייצור של פיגום PDMS עבור actuator ביולוגי biorobot ואחריו פונקציונליזציה עם fibronectin מתואר בחלק זה הראשון. בחלק השני של מאמר זה שני חלקים, אנו מפרטים את שילוב של cardiomyocytes ולאפיין את actu הביולוגיAtor ו biorobot פונקציה. שניהם לשלב בסיס וזנב (שלוחה) אשר מייצרים הנעה מבוסס סנפיר. הזנב בנוי עם טכניקות ליתוגרפיה רך באמצעות תחריט PDMS לייזר. לאחר שילוב הזנב עם בסיס המכשיר, הוא functionalized עם חלבון דבק תא ו seeded confluently עם cardiomyocytes. הבסיס של actuator ביולוגי מורכב בלוק PDMS מוצק עם חרוז זכוכית מרכזי (מעשים כמו משקל). הבסיס של biorobot מורכב משני חומרים PDMS מורכבים, Ni-PDMS ו microballoon-PDMS (MB-PDMS). אבקת ניקל (ב Ni-PDMS) מאפשר שליטה מגנטית של biorobot במהלך זריעת תאים ויציבות במהלך תנועה. Microballoons (ב MB-PDMS) להקטין את הצפיפות של MB-PDMS, ולאפשר את biorobot לצוף ולשחות בהתמדה. השימוש בשני חומרים אלה עם צפיפות המונית שונים, אפשר שליטה מדויקת על חלוקת משקל כדי להבטיח כוח שחזור חיובי בכל זווית של biorobot. טכניקה זומייצרת ביורובוט שחייה ביציבות עצמית מגנטית.
מבוא
ביולוגים actuators ו biorobots נלמדים באופן פעיל כדי לספק חלופה קונבנציונאלי רובוטיקה עבור יישומים רבים. Biorobots ללכת 5 , 6 , 7 , 8 , לשחות 1 , 2 , 3 , 4 , משאבה 9 , 10 , או אחיזה 11 , 12 , 13 כבר פותחו. באופן....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. חישוב המוני של PDMS ותוספים
- השתמש במשוואה הבאה כדי למצוא את המסה של PDMS הדרושים לגבהים ספציפיים בהליכים הבאים,
M = ρ * V = ρ * גובה * שטח (1),
שבו "גובה" הוא גובה השכבה, "שטח" הוא שטח של מיכל כי PDMS יהיה נרפא ב, "ρ" היא צפיפות התערובת "V" הוא נפח.
הערה: צפיפות חישובי גובה הם PDMS = 0.965 g / mL, Ni-PDMS = 1.639 g / mL, MB-PDMS = 0.648 g / mL. - השתמש במשוואה (1) כדי להעריך את המסה של PDMS הנדרשת, עבור מיכל נתון, כדי לקבל גובה מסוים (5 מ"מ) עבור הבסיס של המפעיל הביול....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
מפעיל ביולוגי biorobot יש תהליכי ייצור דומים מאוד, כמו biorobot הוא הרחבה טבעית של actuator ביולוגי ( איור 1 ). המפעיל הביולוגי פותח תחילה כדי ליצור טכניקות הנדרשות לביורובוט, לנתח את הכוח שנוצר על ידי התאים, ולאפיין את התבגרות התאים באופן מכני וביוכימי, שתיהן מתוארות בפירוט בחלק 2 של מאמר זה של שני חלקים כמו גם בעבודות שפורסמו לאחרונה 15 .
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
ניתן למצוא מנגנוני תנועה שונים בקרב השחיינים הימיים. מנגנון התנועה של biorobot במחקר זה משתמש בתנועה מבוסס סנפיר, במיוחד תנועה ostraciiform. שחיינים אוסטראציפיים דוחפים את עצמם על ידי מכשכש בזנב (שלוחה) ויש להם גוף נוקשה (בסיס שכבות) 16 . דגים כגון boxfish ו cowfish להשתמש בסוג זה של תנועה. השחיינים האוסטראסיביים הם בדרך כלל איטיים ויש להם ממדי גוף לא יעילים. למרות שחייה ostraciiform חסר מהירות, זה סוג של שחייה מאפשר למהנדסים ליישם פונקציות שונות (כגון יציב.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לגלות
תודות
MT Holley נתמך על ידי תוכנית עמיתי בוגרים של מועצת לואיזיאנה של Regents ו C. Danielson נתמך על ידי הווארד יוז מכון רפואי הפרופסורים התוכנית. מחקר זה נתמך על ידי NSF גרנט No: 1530884. המחברים מבקשים להודות לתמיכה של cleanroom במרכז עבור מתקדם Microstructures והתקנים (CAMD).
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פולידימתילסילוקסן (PDMS) | דאו קורנינג | 184 סיל אלסט קיט 0.5 ק"ג | סילגארד 184 |
| אבקת ניקל | סיגמא-אולדריץ' | 266981-100G | |
| מיקרובלונים פנוליים | "ב מרוכבים | BJO-0930 | |
| פרוסות | בקוטר 4 אינץ' | ||
| PWM101 ספינר קל ספין-ציפוי | |||
| פוטו-רזיסט חיובי (S1808) | Dow Corning | DEM-10018197 | |
| ואקום | |||
| פלטה | |||
| M206 תנור | תנור הסעה | ||
| חרט לייזר | מערכת לייזר אוניברסלית | VLS2.30 | משתמשת ב-10 W, 10.6 ומיקרו; אורך גל מ', CO2 לייזר |
| יישום מערכות לייזר אוניברסליות | מערכת | להפעלת תוכנית הניתוח הנומרי VLS 2.30 | |
| Matlab | MathWorks | ||
| סקוטש סקוטש | מותג | ||
| חרוזי זכוכית מוצקה | סיגמא-אולדריץ' | Z265926-1EA | זכוכית סודה-ליים, קוטר 3 מ"מ |
| סולם | מטלר טולדו | EL303 | |
| BD-20AC מעבדה טיפול בקורונה | מוצרים אלקטרוטכניים | 12051A | מפרק קורונה |
| אמבטיה אולטרסאונד 1.9 ליטר | פישר סיינטיפיק | 15-337-402 | 40 קילו-הרץ מתמר תעשייתי |
| פיברונקטין מפלזמת בקר | סיגמא-אולדריץ' | F1141 | |
| Dulbecco' s מאגר פוספט (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408-100ML | |
| Dulbecco' s Modified Eagle Medium (DMEM) | Hyclone Laboratories | 16750-074 | עם 4500 מ"ג/ליטר גלוקוז, 4.0 מ"מ L-גלוטמין ו-110 מ"ג/ליטר נתרן פירובט. |
| סרום Fetalclone III | Hyclone Industries, GE | 16777-240 | סרום בקר עוברי |
| פניצילין-G מלח נתרן | Sigma-Aldrich | P3032 |
מקורות
- Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number. Nat commun. 5, (2014).
- Nawroth, J., et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).
- Huge ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
