תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

המטרה הכוללת של סרטון זה היא לתאר כיצד לפתח ולאפיין מפעיל ביולוגי באמצעות שלוחות-PDMS גמישות בקרדיומיוציטים. מפעילים אלה משולבים לאחר מכן עם בסיס שונה ליצירת ביו-רובוט שוחה מייצב את עצמו. שיטת האימות המתוארת כאן היא ייחודית, שבה מבנה הבסיס המכני משתנה ליצירת ביו-רובוט שוחה מייצב את עצמו שניתן לקבוע את מיקומו גם חיצונית באמצעות מגנטים.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן לשנות בקלות את תכונות הבסיס כדי לכוונן את הציפה של המכשיר ולייצוב עצמי. ניתן ליישם את השיטה לפיתוח מכשירים חדשניים אחרים שידרשו ייצוב עצמי וציפה. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שעיוות מכני של השלוחים הוא מאתגר.

בשל גודלם הדק, הם יכולים בקלות להיקרע או להיתקע בצורות מוזרות. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שקשה ללמוד שלבים והרכבה ללא עזר חזותי. כדי להתחיל, הנח פרוסת סיליקון על ספינר התנגדות לצילום.

הוסף התנגדות צילום דקה לפרוסה וסובב את המעיל ב-2,000 סל"ד למשך 20 שניות כדי לקבל עובי יעד של 1.2 מיקרומטר. לאחר מכן, השתמש בפינצטה כדי להעביר את הוופל המצופה לפלטה שחוממה מראש ל-120 מעלות צלזיוס. מכסים את הוופל בצלחת פטרי רדודה ואופים אותו במשך 10 דקות.

שקלו שישה גרם של בסיס PDMS ושלבו אותו עם 0.6 גרם של חומר ריפוי PDMS. מערבבים היטב את רכיבי ה-PDMS במשך חמש דקות. הכניסו את תערובת ה-PDMS לתא ואקום ומשכו ואקום של 100 מיליבר למשך 30 דקות.

בסיום, שברו את הוואקום והוציאו את המיכל. שמור את המיכל מכוסה עד שיהיה צורך ב-PDMS. לאחר שהרקיק התקרר, הנח אותו בחזרה על ספינר ההתנגדות לצילום.

יוצקים לאט את כל תערובת ה- PDMS נטולת הגז על הוופל כך שלא יוכנסו בועות חדשות. לאחר מכן סובב את הוופל ב -1, 200 סל"ד למשך חמש דקות. בעזרת פינצטה הוציאו את הוופל מציפוי הסיבוב והכניסו לתנור שחומם מראש.

אופים את הוופל למשך הלילה ולאחר מכן מצננים את הוופל לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, הכן חרט לייזר לתבנית שכבת ה-PDMS של הסרט הדק. התחל בהפעלת חרט הלייזר ומערכת הפליטה שלו.

לאחר מכן הפעל את המחשב המחובר לחרט הלייזר ופתח את תוכנת חרט הלייזר. תחת קובץ, פתח את קובץ תכנון המפעיל הביולוגי. לחץ על כפתור ההגדרות, לחץ על כחול ושנה את הגדרת הכוח ל-3% ואת המהירות ל-4%לחץ על הגדר, לחץ על אדום ושנה את המצב לדלג.

לאחר מכן לחץ על Set. עשו את אותו הדבר עבור בלאק. לחץ על כפתור החל כדי לסיים את ההגדרות.

לאחר מכן, בחר הפעל את החרט. לאחר מכן לחץ על Relocate כדי להעביר את העיצוב למרכז המסך. לאחר מכן, לחץ על פוקוס View כפתור ולחץ על קצה העיצוב כדי להזיז את נקודת הלייזר המנחה לנקודה המתאימה.

יישר בזהירות את הוופל עם נקודת הלייזר המנחה באמצעות ידיים עטויות כפפות. לאחר היישור, בחר התחל לחרוט את העבודה הקודמת כדי להתחיל בתהליך החריטה. על מנת לייצר את בסיס המפעיל הביולוגי, יש צורך במיכל לאפייה.

ראשית, הניחו את המיכל הזה על משקל ואפס את המשקל. לאחר מכן, יוצקים PDMS מעורבבים מראש ומניחים חרוזי זכוכית נקיים בקוטר 3 מילימטר על תערובת ה-PDMS במרווחי זמן קבועים. השאירו לפחות 5 מילימטרים של מקום סביב כל חרוז לבסיס המפעיל הביולוגי.

הכניסו את המיכל לתא ואקום, הפחיתו את הוואקום ל-100 מיליבר וכבו את משאבת הוואקום. לאחר 30 דקות, שברו את הוואקום והוציאו את המיכל. שמור את המיכל מכוסה עד לצורך.

לאחר מכן, מחממים פלטה ל 40 מעלות צלזיוס ומניחים בזהירות את מיכל ה- PDMS עם חרוזי הזכוכית על הפלטה החמה. מכסים את המיכל ואופים אותו למשך הלילה. לאחר הקירור, השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך קוביות של 5 מילימטר מתוך ה-PDMS בתפזורת כך שכל קובייה תכיל חרוז זכוכית אחד במרכזה.

לאחר מכן טבלו את קצה המחט ב-PDMS נוזלי טרי שהוכן והניחו טיפה של ה-PDMS על אזור הבסיס החרוט של הוופל. מרחו את הטיפה כך שתכסה לחלוטין את שטח הבסיס של 5 מילימטר על 5 מילימטר. לבסוף, השתמש בזוג פינצטה כדי להניח את הקובייה המכילה את חרוז הזכוכית על אזור הבסיס המכוסה ב-PDMS נוזלי.

חזור על תהליך זה עבור כל מכשיר. בסיום, מעבירים את הוופל לפלטה של 40 מעלות צלזיוס ומכסים לאפייה למשך הלילה. השתמש בזוג פינצטה חדה כדי לקלף את השלוחה מהרקיק ולהצמיד אותה לדופן הבסיס.

לאחר מכן נתק בזהירות את כל המכלול מהרקיק על ידי משיכת הבסיס. כדי להתחיל, חזור על תהליך הייצור המשמש למפעילים הביולוגיים דרך שלב חריטת הלייזר. עם זאת, לייצור ביו-רובוטים, השתמש בעיצוב הביו-רובוט במהלך חיתוך לייזר.

לאחר מכן, הכינו את תערובת ה-PDMS של המיקרו-בלון ואת תערובת ה-PDMS של אבקת הניקל כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. שופכים בזהירות את התמיסות למיכלים נפרדים בעזרת סולם. הכניסו את שני המיכלים לתא ואקום והפחיתו את הלחץ שלו ל -100 מיליבר למשך 30 דקות.

לאחר הסרת הגז, הניחו את המיכלים על פלטה חמה בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס, למשך הלילה. השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך את בסיסי הביו-רובוט מכל אחד מהפולימרים במידות המתאימות לכל גודל ביו-רובוט כפי שמוצג כאן. הנח את בסיס הניקל PDMS על לוחית מתכת עם רקמת חדר נקייה ביניהם.

לאחר מכן הפעל את מפרק הקורונה והביא את קצה המפרק סנטימטר אחד מעל הבסיסים. הזז את הקצה סביב הבסיס למשך 15 שניות כדי לטפל במשטח. חזור על תהליך זה כדי לטפל במשטח הבסיסים החרוטים בלייזר, למשך אותו משך זמן.

לאחר מכן השתמש בפינצטה כדי למקם את הצד המטופל בניקל PDMS על הצד המטופל של הסרט. הניחו למכשיר לשבת במשך חמש דקות כשהחלקים מתחברים זה לזה. לאחר מכן, השתמש בזוג פינצטה חדה כדי לקלף את שלוחת הביו-רובוט מהפרוסה ולהניח אותה בתחתית בסיס הניקל PDMS.

ואז הסר את כל המכלול מהרקיק. כדי לחבר את המיקרו-בלון PDMS למכלול, ראשית, הנח עליו טיפה קטנה של PDMS לא נרפא. לאחר מכן השתמש בזוג פינצטה כדי למקם את הצד של ה-PDMS הניקל עם ה-PDMS הדק על טיפת ה-PDMS הלא נרפא.

מניחים את כל המכלול בצלחת פטרי מפלסטיק ואז מניחים אותה על פלטה בחום של 40 מעלות צלזיוס לריפוי למשך הלילה. כדי להכין את המכשירים לזריעת תאים, הכניסו תחילה 100 מיקרוליטר של תמיסת פיברונקטין למרכז בקבוק תרבית T25 נפרד לכל מכשיר. לאחר מכן הנח את הביו-רובוט או המפעיל הביולוגי עם הפנים כלפי מטה מעל טיפת תמיסת הפיברונקטין.

ודא שהשלוחה נפרשת וטבולה בתוך הטיפה, ולאחר מכן דגרה את הבקבוק בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר הדגירה יש להסיר את תמיסת הפיברונקטין ולשטוף את המכשירים פעמיים עם PBS. לאחר מכן הסר את ה- PBS ומלא את הבקבוק ב -10 מיליליטר DMEM בתוספת 10% FBS ו -1% פניצילין.

דגרו את המכשיר בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך שעה כדי לנקות את ה-PDMS. לאחר מכן השתמש במגנט כדי להחזיק את הביו-רובוט בתחתית הבקבוק, והנח את הבקבוק עם הדגימות באמבט אולטרה-סאונד למשך חמש דקות, כדי להסיר בועות. כדי לקבוע את העובי הנכון של כל שכבה מרוכבת, נבדקו יחסי ערבוב שונים עם יחס הערבוב של ניקל ומיקרו-בלונים ב-PDMS.

שכבת הניקל PDMS מאפשרת שליטה מגנטית ויציבות של הרובוט. בנוסף, שכבת המיקרו-בלון PDMS מאפשרת לביו-רובוט לצוף ולשחות בהתמדה. השילוב של שתי השכבות מייצר את המסגרת המייצבת את עצמה של הביו-רובוט.

באמצעות סקריפט מחשב, היציבות נותחה מספרית והוכחה כבעלת מומנט שחזור חזק בשיטה דו-שכבתית זו. חשוב לזכור לשמור על השלוחה נקייה לאורך כל הליך זה, ולשמור על היחס הנכון בין תערובת ה-PDMS לעובי השלוחה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין כיצד ניתן ליצור חומרים אלסטומריים לשלוחה דקה כדי לתמוך בקרדיומיוציטים וכיצד ניתן לשנות אותם כדי להשיג תכונות חדשות כגון ציפה או מגנטיות לפונקציות מתקדמות.

ניתן לשנות הליך אימות זה על ידי שילוב טכניקות אחרות כמו קוביות יישור דפוס, על מנת לקדם את כיוון התא ולהגדיל את הדור הרביעי. אל תשכח שעבודה עם חרטי לייזר עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון לבישת ביגוד מגן ומשקפיים מתאימים בעת ביצוע הליך זה.