Name: תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1 (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 22 s
Description: למדו לפתח ביורובוט שוחה עם מייצבות עצמית המבוסס על תאי שריר לב וקורי PDMS גמישים. הפרוטוקול מסביר יצירת בסיסי PDMS מרוכבים עם ציפה ומגנטיות מכווננים לשליטה חיצונית ויציבות מתקדמת.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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).

<ol><li>Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+self-propelled+biohybrid+swimmer+at+low+Reynolds+number%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+commun%22%5BJournal%5D)">A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number.</a> Nat commun. 5, (2014).</li>
<li>Nawroth, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).</li>
<li>Huge Herr,, D, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+swimming+Robot+Actuated+by+Living+Muscle+Tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuroeng.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">A swimming Robot Actuated by Living Muscle Tissue.</a> J Neuroeng. Rehabil. 1, (2004).</li>
<li>Park, S., al, el <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phototactic+guidance+of+a+tissue-engineered+soft-robotic+ray%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.</a> Science. 353 (6295), 158-162 (2016).</li>
<li>Chan, V., Park, K., Colleens, M., Kong, H., Saif, T., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+miniaturized+walking+biological+machines%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Development of miniaturized walking biological machines.</a> Sci. Rep. 2, 857(2012).</li>
<li>Cvetkovic, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensionally+printed+biological+machines+powered+by+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle.</a> PNAS. 111, 10125-10130 (2014).</li>
<li>Xi, J., Scmidt, J., Montemagno, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+microdevices+driven+by+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-assembled microdevices driven by muscle.</a> Nat. Mater. 4, 180-184 (2005).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+a+fabrication+method+for+a+long-term+actuated+hybrid+cell+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Establishment of a fabrication method for a long-term actuated hybrid cell robot.</a> Lab Chip. 7, 1504-1508 (2007).</li>
<li>Tanaka, Y., Sato, K., Shimizu, T., Yamato, M., Okano, T., Kitamori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+micro-spherical+heart+pump+powered+by+cultured+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A micro-spherical heart pump powered by cultured cardiomyocytes.</a> Lab Chip. 7, 207-212 (2007).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro+pumping+with+cardiomyocyte-polymer+hybrid%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro pumping with cardiomyocyte-polymer hybrid.</a> Lab Chip. 7, 1367-1370 (2007).</li>
<li>Akiyama, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atmospheric-operable+bioactuator+powered+by+insect+muscle+packaged+with+medium%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Atmospheric-operable bioactuator powered by insect muscle packaged with medium.</a> Lab Chip. 13, 4870-4880 (2013).</li>
<li>Kabumoto, K., Hoshino, T., Akiyama, Y., Morishima, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voluntary+movement+controlled+by+the+surface+EMG+signal+for+tissue-engineered+skeletal+muscle+on+a+gripping+tool%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Voluntary movement controlled by the surface EMG signal for tissue-engineered skeletal muscle on a gripping tool.</a> Tissue Eng. Part A. 19, 1695-1703 (2013).</li>
<li>Feinberg, A., Feigel, A., Shevkoplyas, S., Sheehy, S., Whitesides, G., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscular+thin+films+for+building+actuators+and+powering+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Muscular thin films for building actuators and powering devices.</a> Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).</li>
<li>Vannozi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+polydimethylsiloxane+structures+from+2D+to+3D+for+bio-hybrid+actuation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+Biomimetics%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of polydimethylsiloxane structures from 2D to 3D for bio-hybrid actuation.</a> Bioinspiration Biomimetics. 10 (5), (2015).</li>
<li>Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+characterization+of+muscle-based+actuators+for+self-stabilizing+swimming+biorobots%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Development and characterization of muscle-based actuators for self-stabilizing swimming biorobots.</a> Lab Chip. 16, 3473-3484 (2016).</li>
<li>Sfakiotakis, M., Lane, D., Davies, J. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/757275/">Review of fish swimming modes for aquatic locomotion.</a> IEEE J. Oceanic Eng. 24, 237-252 (1999).</li>
<li>McCain, M., Agarwal, A., Hesmith, H., Nesmith, A., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromolded+gelatin+hydrogels+for+extended+culture+of+engineered+cardiac+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Micromolded gelatin hydrogels for extended culture of engineered cardiac tissues.</a> Biomaterials. 35 (21), 5462-5471 (2014).</li>
</ol>

למחברים אין מה לגלות

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...

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 דומה, תאי שריר יכול להיות משולב לתוך מבנה 3D התגלגל PDMS 14 . לעתים קרובות, עמוד השדרה biorobot הם מפוברקות באמצעות טכניקות ליתוגרפיה רכה עם חומרים כגון הידרוגים PDMS (polydimethylsiloxane). אלה הן אפשרויות אטרקטיביות בגלל הגמישות שלהם, biocompatibIlity, וקשיחות מתכווננת בקלות. תאים שרירים חיים משולבים בדרך כלל עם חומרים אלה כדי לספק כוח בכוח באמצעות התכווצות. תאי שריר הלב יונקים (cardiomyocytes) ותאי שריר השלד יש דומיננטית שימש actuation. מלבד אלה שני, רקמות שריר חרקים שימשו לפעול biorobots בטמפרטורת החדר 3 . במחקר זה שני חלקים, Cardiomyocytes נבחרו בגלל התכווצות ספונטנית שלהם 6 . הרבה מחקרים קודמים על biorobots התמקדה בפיתוח המפעילים הביולוגיים תוך אופטימיזציה של הארכיטקטורה biorobot ופיתוח של פונקציות חיוניות עבור biorobots הוזנחו במידה רבה. לאחרונה, כמה דוחות הוכיחו את יישום של מצבי שחייה שונים אשר בהשראת מצבי הנעה נמצא בטבע. שיטות אלה משלבות סרטים PDMS ותאי שריר לחקות שיטות הנעה טבעיות שונות. לדוגמה, הנעה מבוסס flagella 1 , הנעה מדוזה biomimetic 2 , ביו היברידי ריי 4 , ו סרט דק PDMS שחייה התקנים 13 דווחו. במאמר זה, אנו מציגים את תהליך ייצור של biorobots עצמית מייצב שחייה אשר יכול לשמור על עומק טבילה, כמו גם נפילה לגלגל. ביורובוט יש בסיס מוצק או גוף, אשר מונע על ידי יחידה אחת עם cardiomyocytes מחוברת על פני השטח שלה. Cardiomyocytes לגרום שלוחה להתכופף בכיוון האורך כאשר הם מתכווצים. צורה זו של שחייה מסווגת כמו שחייה ostraciiform. היכולת להוסיף פונקציות נוספות על הבסיס היא יתרון ייחודי של שחייה ostraciiform. לדוגמה, הבסיס יכול להיות מנוצל כדי לספק עודף ציפה לשאת מטען נוסף או מעגל שליטה על התכווצות cardiomyocyte. יַצִיבוּתשל biorobot היה לעתים קרובות התעלמו מחקרים קודמים של biorobots. במחקר זה, יישמנו את הייצוב העצמי על ידי תכנון הבסיס עם חומרים שונים PDMS מרוכבים של צפיפות המונית משתנה. ביורובוט ובכך מציג התנגדות להפרעות חיצוניות ושומרת על עומק הטבילה שלה, גובה המגרש וגלגול, ללא עזרה. השכבה הראשונה היא PDMS microballoon (MB-PDMS), כלומר PDMS מעורבב עם microballoons, אשר מוריד את הצפיפות של biorobot, מה שמאפשר לו לצוף בתקשורת. השכבה השנייה היא שלוחה PDMS, ועובי שלה מותאם כך כוח שנוצר על ידי cardiomyocytes יכול באופן דרמטי לכופף את שלוחה מ 45 ° ל 90 °. השכבה התחתונה היא ניקל PDMS (Ni-PDMS), כלומר PDMS מעורבב עם אבקת ניקל. שכבה זו מבצעת מספר פונקציות. הוא מגנטי, ולכן מאפשר biorobot להיות מעוגן בתחתית המדיום, במהלך זריעת תאים, עם מגנט. תערובת ניקל הוא של צפיפות גבוהה יותר מאשר MB-PDMS ובינוני, ולוודא עמדה זקופה של biorobot בזמן צף. המשקל של שכבה זו מייצר מומנט שחזור על biorobot בכל המגרש אנד רול. כמו כן, יחס עוצמת הקול בין ה- Ni-PDMS לבין ה- MB-PDMS שומר על עומק הטבילה. הפרוטוקולים שהוצגו יהיה שימושי מאוד לחוקרים המעוניינים לאפיין את כוח המכות של תאי שריר ורקמות, כמו גם אלה שרוצים לבנות biorobots שחייה. זריעה של actuator ביולוגי פונקציונלי התקני biorobot, אפיון מכני וביוכימי של התאים, ואת הניתוח הכמותי של פונקציית המכשיר מתוארים בפירוט בחלק 2 של מאמר זה שני חלקים, כמו גם את העבודה האחרונה 15 .

<table><tbody><tr><td>פולידימתילסילוקסן (PDMS)</td><td>דאו קורנינג</td><td>184 סיל אלסט קיט&nbsp; 0.5 ק"ג</td><td>סילגארד 184</td></tr><tr><td>אבקת ניקל</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>266981-100G</td><td></td></tr><tr><td>מיקרובלונים פנוליים</td> ארה<td>"ב מרוכבים</td><td>BJO-0930</td><td></td></tr><tr><td>פרוסות</td><td></td><td></td> סיליקון <td>בקוטר 4 אינץ'</td></tr><tr><td>PWM101 ספינר קל ספין-ציפוי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>פוטו-רזיסט חיובי (S1808)</td><td>Dow Corning</td><td>DEM-10018197</td><td></td></tr><tr>תא <td></td><td></td><td></td><td>ואקום</td></tr><tr><td>פלטה</td><td></td><td></td><td></td>חמה</tr><tr><td>M206 תנור</td><td></td><td></td> הסעה מכני <td>תנור הסעה</td></tr><tr><td>חרט לייזר</td><td>מערכת לייזר אוניברסלית</td><td>VLS2.30</td><td>משתמשת ב-10 W, 10.6 ומיקרו; אורך גל מ', CO2 לייזר</td></tr><tr><td>יישום מערכות לייזר אוניברסליות</td> יישום <td>מערכת</td><td></td> לייזר אוניברסלית <td>להפעלת תוכנית הניתוח הנומרי VLS 2.30</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>סקוטש סקוטש</td><td>מותג</td><td></td><td></td></tr><tr><td>חרוזי זכוכית מוצקה</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>Z265926-1EA</td><td>זכוכית סודה-ליים, קוטר 3 מ"מ</td></tr><tr><td>סולם</td><td>מטלר טולדו</td><td>EL303</td><td></td></tr><tr><td>BD-20AC מעבדה טיפול בקורונה</td><td>מוצרים אלקטרוטכניים</td><td>12051A</td><td>מפרק קורונה</td></tr><tr><td>אמבטיה אולטרסאונד 1.9 ליטר</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>15-337-402</td><td>40 קילו-הרץ מתמר תעשייתי</td></tr><tr><td>פיברונקטין מפלזמת בקר</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>F1141</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco' s מאגר פוספט (PBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D1408-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco' s Modified Eagle Medium (DMEM)</td> <td>Hyclone Laboratories</td><td>16750-074</td><td>עם 4500 מ"ג/ליטר גלוקוז, 4.0 מ"מ L-גלוטמין ו-110 מ"ג/ליטר נתרן פירובט.</td></tr><tr><td>סרום Fetalclone III</td><td>Hyclone Industries, GE</td><td>16777-240</td><td>סרום בקר עוברי</td></tr><tr><td>פניצילין-G מלח נתרן</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3032</td><td></td></tr></tbody></table>

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

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.

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 . <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="1" style="...

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.

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

המטרה הכוללת של סרטון זה היא לתאר כיצד לפתח ולאפיין אקטואטור ביולוגי המשתמש בזרועות קנטילבר גמישות מ-PDMS בתאי שריר לב (cardiomyocytes). אקטואטורים אלו משולבים לאחר מכן בבסיס שעבר שינוי כדי ליצור ביו-רובוט שחייה בעל ייצוב עצמי. שיטת האימות המתוארת כאן היא ייחודית, שבה מבנה הבסיס המכני שונה כדי ליצור ביו-רובוט שחייה בעל ייצוב עצמי שניתן לקבוע את מיקומו גם באופן חיצוני באמצעות מגנטים.היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שניתן לשנות בקלות את תכונות הבסיס כדי להתאים את כושר הציפה של ההתקן ולצורך ייצוב עצמי. ניתן ליישם את השיטה לפיתוח התקנים חדשניים אחרים שידרשו ייצוב עצמי וציפה. באופן כללי, אנשים שאינם מכירים את השיטה יתקשו בביצועה, מכיוון שעיוות מכני של הזרועות התלויות (cantilevers) הוא מאתגר.בשל גודלן הדק, הן עלולות להיקרע בקלות או להייתקע בצורות מוזרות. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, שכן קשה ללמוד את השלבים ואת ההרכבה ללא עזר חזותי. כדי להתחיל, הניחו פרוסת סיליקון על ספינר לרזיסט פוטוגרפי.מרחו שכבה דקה של פוטורזיסט (photo resist) על פרוסת הסיליקון (wafer) ובצעו ציפוי בסבב (spin coat) במהירות של 2,000 RPM למשך 20 שניות כדי להגיע לעובי יעד של 1.2 micrometers. לאחר מכן, השתמשו בפינצטה לפרוסות סיליקון כדי להעביר את הפרוסה המצופה לפלטה חמה שחוממה מראש ל-120 degrees Celsius. כסו את הפרוסה בצלחת פטרי רדודה ואפו אותה למשך 10 דקות.שקלו ששה גרמים של בסיס PDMS ושילבו אותם עם 0.6 גרמים של חומר מעקש PDMS. ערבבו את רכיבי ה-PDMS ביסודיות במשך חמש דקות. הניחו את תערובת ה-PDMS בתא ואקום ויצרו ואקום של 100 millibar למשך 30 דקות.בסיום הפעולה, שחררו את הוואקום והוציאו את המיכל. השאירו את המיכל מכוסה עד למועד השימוש ב-PDMS. לאחר שהוופר התקרר, החזירו אותו למסובב הפוטורזיסט (photo resist spinner).שפכו באיטיות את כל תערובת ה-PDMS לאחר ניקוי הגזים על גבי הווייפר, באופן שימנע היווצרות בועות חדשות. לאחר מכן, בצעו ציפוי בסחרור (spin coat) של הווייפר במהירות של 1,200 RPM למשך חמש דקות. בעזרת פינצטה לווייפרים, הוציאו את הווייפר מהמכשיר לציפוי בסחרור והניחו אותו בתנור שחומם מראש.אפו את הפרוסה למשך לילה וその後 קררו את הפרוסה לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, הכינו חרטת לייזר כדי ליצור תבנית בשכבת ה-PDMS הדקה. התחילו בהפעלת חרטת הלייזר ומערכת הפליטה שלה.לאחר מכן, הדליקו את המחשב המחובר למכונת החריטה בלייזר ופתחו את התוכנה של מכונת החריטה. תחת File, פתחו את קובץ התכנון של המפעיל הביולוגי. לחצו על כפתור Settings, לחצו על Blue, ושנו את הגדרת ההספק ל-3% ואת המהירות ל-4%. לחצו על Set, לחצו על Red, ושנו את המצב ל-Skip.לאחר מכן לחצו על Set. בצעו את אותה הפעולה עבור Black. לחצו על כפתור Apply כדי לסיים את ההגדרות.בשלב הבא, בחרו ב-Activate the Engraver. לאחר מכן לחצו על Relocate כדי להעביר את העיצוב למרכז המסך. לאחר מכן, לחצו על כפתור Focus View ולחצו על קצה העיצוב כדי להזיז את נקודת לייזר ההדריך לנקודה התואמת.יישרו בזהירות את פרוסת הסיליקון (wafer) עם נקודת לייזר ההכוונה באמצעות ידיים מוגנות בכפפות. לאחר היישור, בחרו ב-Start Engraving the Prior Job כדי להתחיל את תהליך החריטה. על מנת לייצר את בסיס המפעיל הביולוגי (biological actuator), נדרש מכלים לאפייה.ראשית, הניחו את המכל על מאזניים ואפסו את המאזניים. לאחר מכן, שפכו PDMS שמעורב מראש והניחו חרוזי זכוכית נקיים בקוטר 3 מילימטר על תערובת ה-PDMS במרווחי זמן קבועים. השאירו רווח של לפחות 5 מילימטר מסביב לכל חרוד עבור בסיס המפעיל הביולוגי.הניחו את המכל בתוך תא ואקום, הפחיתו את הלחץ ל-100 millibar וכבו את משאבת הוואקום. לאחר 30 דקות, שחררו את הוואקום והוציאו את המכל. השאירו את המכל מכוסה עד למועד השימוש.בשלב הבא, חממו פלטה חשמלית ל-40 °C והניחו בזהירות את מיכל ה-PDMS עם חרוזי הזכוכית על הפלטה. כסו את המיכל ואפו אותו למשך לילה. לאחר קירור, השתמשו בסכין גילוח כדי לחתוך קוביות של 5 millimeter מתוך גוש ה-PDMS, כך שבמרכז כל קובייה יהיה חרוז זכוכית אחד.לאחר מכן, טבול את קצה מחט ב-PDMS נוזלי שהוכן טרי והנח טיפה של PDMS על אזור הבסיס החרוט של הוופר. מרח את הטיפה כך שתכסה לחלוטין את אזור הבסיס בגודל 5 מילימטר על 5 מילימטר. לבסוף, השתמש בפינצטה כדי להניח את הקובייה המכילה את חרוז הזכוכית על אזור הבסיס המכוסה ב-PDMS נוזלי.חזור על תהליך זה עבור כל התקן. עם הסיום, העבר את הפרוסה ללוח חימום בטמפרטורה של 40 °C וכסה אותה לאפייה למשך הלילה. השתמש בפינצטה חדה כדי לקלף את הקנטילבר מהפרוסה ולהצמידו לדופן הבסיס.לאחר מכן, נתקו בזהירות את כל המכלול מהוופר על ידי משיכת הבסיס. כדי להתחיל, חזרו על תהליך הייצור ששימש עבור המפעילים הביולוגיים עד לשלב חריטת הלייזר. עם זאת, עבור ייצור ביו-רובוטים, השתמשו בתכנון הביו-רובוט במהלך חיתוך הלייזר.בשלב הבא, הכין את תערובת ה-PDMS עם המיקרו-בלוונים ואת תערובת ה-PDMS עם אבקת הניקל כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט המצורף. שפוך בזהירות את התמיסות למכלים נפרדים תוך שימוש במאזניים. הנח את שני המכלים בתא ואקום והורד את הלחץ ל-100 millibar למשך 30 דקות.לאחר ניקוי הגזים, הניחו את המכלים על פלטה מחממת בטמפרטורה של 40 degrees Celsius, למשך הלילה. השתמשו בסכין גילוח כדי לחתוך את בסיסי הביורובוטים מכל אחד מהפולימרים, בממדים התואמים לגודלו של כל ביורובוט כפי שמוצג כאן. הניחו את בסיס ה-PDMS עם הניקל על פלטה ממתכת, כאשר נייר ניגוב לחדר נקי מונח ביניהן.לאחר מכן, הפעילו את פורק הקורונה והביאו את קצה הפורק למרחק של 1 סנטימטר מעל הבסיסים. הזיזו את הקצה סביב הבסיס במשך 15 שניות כדי לטפל בפני השטח. חזרו על תהליך זה כדי לטפל בפני השטח של הבסיסים החרוטים בלייזר, למשך אותו זמן.לאחר מכן, השתמשו בפינצטה כדי להניח את הצד של ה-nickel PDMS שעבר טיפול על הצד המטופל של הסרט. המתינו חמש דקות עד שהחלקים יתחברו זה לזה. לאחר מכן, השתמשו בפינצטה חדה כדי לקלף את קנטילבר הביורובוט מהוופר ולהניח אותו בתחתית בסיס ה-nickel PDMS.כעת הוצא את כל המכלול מהוופר. כדי לחבר את ה-PDMS של המיקרו-בלון למכלול, ראשית, הנח טיפה קטנה של PDMS שאינו מאובחה מעליו. לאחר מכן, השתמש בפינצטה כדי להניח את צדו של ה-PDMS ניקל שבו נמצא ה-PDMS דקיק על גבי הטיפה של ה-PDMS שאינו מאובחה.הניחו את כל המכלול בתוך צלחת פטרי מפלסטיק ולאחר מכן הניחו אותה על פלטה מחממת בטמפרטורה של 40 °C להקשחה למשך הלילה. כדי להכין את המכשירים לזריעת תאים, הניחו תחילה 100 µL של תמיסת Fibronectin במרכז בקבוק תרבית T25 נפרד עבור כל מכשיר. לאחר מכן, הניחו את הביורובוט או את המפעיל הביולוגי כשהם פונים כלפי מטה על גבי טיפת תמיסת ה-Fibronectin.וודאו שהקנטילבר פרוס וטבול בתוך הטיפה, ולאחר מכן דגרו את הבקבוק בטמפרטורה של 37 °C למשך 30 דקות. לאחר הדגירה, הסירו את תמיסת ה-Fibronectin ושטפו את המכשירים פעמיים עם PBS. לאחר מכן, הסירו את ה-PBS ומלאו את הבקבוק ב-10 milliliters של DMEM מועשר ב-10% FBS ו-1% penicillin.דגרו את המכשיר בטמפרטורה של 37 °C למשך שעה אחת כדי להוציא את הגזים מה-PDMS. לאחר מכן, השתמשו במגנט כדי להחזיק את הביורובוט בתחתית הבקבוק, והניחו את הבקבוק עם הדגימות במקלח אולטרסוני למשך חמש דקות, כדי להסיר בועות אוויר. כדי לקבוע את העובי הנכון של כל שכבת קומפוזיט, נבחנו יחסי ערבוב שונים של ניקל ומיקרו-בלונים ב-PDMS.שכבת הניקל PDMS מאפשרת בקרה מגנטית ויציבות של הרובוט. בנוסף, שכבת ה-PDMS של המיקרו-בלון מאפשרת לביורובוט לצוף ולשחות באופן יציב. השילוב של שתי השכבות יוצר את מסגרת הייצוב העצמי של הביורובוט.באמצעות סקריפט מחשב, נותחה היציבות באופן נומרי והוכח כי קיימים מומנט השחזור חזק בשימוש בשיטה דו-שכבתית זו. חשוב לזכור לשמור על הקנטילבר נקי לאורך הליך זה, ולהקפיד על היחס הנכון של תערובת ה-PDMS ועל עובי הקנטילבר. לאחר צפייה בסרטון זה, עליכם להבין כיצד ניתן לעצב חומרים אלסטומריים לכדי קנטילבר דק לתמיכה בתאי שריר לב (cardiomyocytes), וכיצד ניתן לשנות אותם כדי להשיג תכונות חדשות כגון ציפה או מגנטיות עבור פונקציונליות מתקדמת.ניתן לשנות הליך אימות זה על ידי שילוב של טכניקות אחרות, כגון שימוש בקוביית יישור בעלת תבנית (patterning alignment cubes), במטרה לקדם את אוריינטציית התאים ולהגדיל את הדור הרביעי. יש לזכור שעבודה עם חורטי לייזר עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון לבישת ביגוד ומשקפי מגן מתאימים, בעת ביצוע הליך זה.

cardiac-muscle-cell-based-actuator-self-stabilizing-biorobot-part

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

מאמר זה מתאר את התכנון והייצור של יחידה רכה למניפולטורים כירורגיים. מודול הבסיס כולל שלושה מפעילים נוזליים גמישים להשגת כיפוף והתארכות כל-כיווניים, ומנגנון מבוסס שיבוש גרגירי כדי לאפשר בקרת קשיחות. מדווח גם על אפיון מכני מלא.

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

כתב יד זה מתאר את היצירה של רקמות לב מהונדסות מוגדרות באמצעות ביטוי סמני פני השטח ומיון תאים. לאחר מכן ניתן להשתמש ברקמות המוגדרות בביו-ריאקטור רב-רקמתי כדי לחקור מנגנונים של טיפול בתאי לב על מנת לספק מערכת מודל פונקציונלית, אך מבוקרת, של הלב האנושי.

בניית רקמות לב Engineered האנושית תחם לחקור מנגנונים של טיפול בתאי לב

במחקר זה, actuator ביולוגי עצמית התייצבות, biorobot שחייה עם זרועות פונקציונליות אלסטומרי פונקציונלי מזרקים עם cardiomyocytes, מתורבת, ומאופיינת המאפיינים הביוכימיים והביומכניים שלהם לאורך זמן.

שריר הלב מבוססי תא מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 2

מכשיר נוצר כדי להפגין שליטה מבוססי אלקטרומיוגרפיה לקהל על פרופיל. לאחר ההצלחה של המכשיר הראשונית, התקן נוסף בוצע עם גמישות רבה יותר פונקציונליות למטרות הדגמה ומטרות המחקר. פרוטוקול זה מתאר את התהליך של בניית ומכייל שני ההתקנים.

השלט הביוני לסמן I &amp; II

כאן אנו מציגים פרוטוקול על הדרכת אוכלוסיה התא באמצעות גירויים חשמליים ומכניים הדמיית פיזיולוגיה של הלב. גירוי מכאני חשמלי זה משפר את הפוטנציאל cardiomyogenic של תאים שטופלו, אסטרטגיה מבטיח טיפול בתאי נוספת, מידול המחלה, והתרופות הקרנה.

גירויים חשמליים ומכניים בו זמנית כדי לשפר את פוטנציאל Cardiomyogenic של תאים

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.

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

מאמר זה מתאר תהליך ייצור מהיר ופשוט של החומרים המורכבים הelectromechanically יוניים עבור מפעילים בביו-רפואית, ביואידיטיטידים וביישומי רובוטיקה רכים. מדרגות הייצור המרכזיות, חשיבותם לתכונות הסופיות של הפעילים, וחלק משיטות האפיון העיקריות מתוארות בפרוטרוט.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

פרוטוקול זה מספק רשימה מפורטת של שלבים שיש לבצע עבור הייצור, בקרה והערכה של ביצועי הטיפוס של רובוט רך בהשראת שממית.

ייצור, בקרה והערכת ביצועים של רובוט רך בהשראת שממית

רקמות לב תלת-ממדיות שהונדסו ביולוגית באמצעות קרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע התגלו כמודלים מבטיחים לחקר שריר הלב האנושי הבריא והחולה במבחנה תוך שחזור היבטים מרכזיים של נישת הלב הטבעית. כתב יד זה מתאר פרוטוקול לייצור וניתוח רקמות לב מהונדסות בעלות תוכן גבוה שנוצרו מקרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תאי גזע המושרים על ידי בני אדם.

תכנון ביוריאקטור לשיפור איסוף הנתונים והפקת מודלים של רקמות לב מהונדסות

פרוטוקול זה מציג איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש המותאם לסייע בשיקום אצבעות לחולי שבץ. העיצוב משלב חיישן כיפוף כדי להקל על אינטראקציה חלקה בין אדם לרובוט. תיקוף באמצעות ניסויים הכוללים מתנדבים בריאים וחולי שבץ מדגיש את היעילות והאמינות של המחקר המוצע.

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

למדו לפתח ביורובוט שוחה עם מייצבות עצמית המבוסס על תאי שריר לב וקורי PDMS גמישים. הפרוטוקול מסביר יצירת בסיסי PDMS מרוכבים עם ציפה ומגנטיות מכווננים לשליטה חיצונית ויציבות מתקדמת.

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

גלה סרטונים נוספים