Cardiac Spier-Cell Based Actuator en Zelfstabiliserende Biorobot - DEEL 1

Merrel T. Holley; Neerajha Nagarajan; Christian Danielson; Pinar Zorlutuna; Kidong Park

doi:10.3791/55642

Methodenartikel

Cardiac Spier-Cell Based Actuator en Zelfstabiliserende Biorobot - DEEL 1

7.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/55642

⸱

11 juli 2017

Merrel T. Holley^*¹ , Neerajha Nagarajan^*² , Christian Danielson¹ , Pinar Zorlutuna^*² , Kidong Park^*¹

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

In dit artikel

Samenvatting

In deze tweedelige studie werd een biologische actuator ontwikkeld met behulp van zeer flexibele polydimethylsiloxaan (PDMS) cantilevers en levende spiercellen (cardiomyocyten) en gekenmerkt. De biologische actuator werd geïntegreerd met een basis gemaakt van gemodificeerde PDMS materialen om een zelfstabiliserende, zwemmende biorobot te bouwen.

Samenvatting

Biologische machines, vaak aangeduid als biorobots, zijn levende cellen of weefsels gebaseerde apparaten die alleen worden aangedreven door de contractiele activiteit van levende componenten. Vanwege hun inherente voordelen, biorobots krijgen interesse als alternatieven voor traditionele volledig kunstmatige robots. Verschillende studies hebben gericht op het gebruik van de kracht van biologische actuatoren, maar recentelijk hebben studies de kwantitatieve kenmerken van biorobots gekenmerkt en hun geometrie bestudeerd om de functionaliteit en efficiëntie te verbeteren. Hier demonstreert u de ontwikkeling van een zelfstabiliserende zwem biorobot die zijn toonhoogte, diepte en rol kan behouden zonder externe interventie. Het ontwerp en fabricage van de PDMS-steiger voor de biologische actuator en biorobot gevolgd door de functionalisatie met fibronectine wordt beschreven in dit eerste deel. In het tweede deel van dit tweedelig artikel geven we de opneming van cardiomyocyten op en karakteriseren we de biologische actuatorAtor en biorobot functie. Beiden zijn voorzien van een basis en staart (cantilever) die op een gefineerde voortstuwing produceert. De staart is gebouwd met zachte lithografie technieken met behulp van PDMS en lasergravure. Na het inbouwen van de staart met de apparaatbasis, wordt het gefunctionaliseerd met een cel kleef eiwit en gecombineerd met cardiomyocyten gecoördineerd. De basis van de biologische actuator bestaat uit een stevig PDMS blok met een centrale glazen kraal (werkt als een gewicht). De basis van de biorobot bestaat uit twee samengestelde PDMS materialen, Ni-PDMS en microballoon-PDMS (MB-PDMS). Het nikkelpoeder (in Ni-PDMS) zorgt voor magnetische controle van de biorobot tijdens het zaaien en stabiliseren van cellen tijdens de beweging. Microballoons (in MB-PDMS) verminderen de dichtheid van MB-PDMS, en laten de biorobot dadelijk zweven en zwemmen. Het gebruik van deze twee materialen met verschillende massadichtheden zorgde voor een nauwkeurige controle over de gewichtsverdeling om een positieve herstelkracht bij elke hoek van de biorobot te waarborgen. Deze techniekProduceert een magnetisch gestuurde zelfstabiliserende zwem biorobot.

Inleiding

Biologische actuatoren en biorobots worden actief onderzocht om een alternatief te bieden voor conventionele robotica voor talrijke toepassingen. Biorobots die ⁵ ^, ⁶ ^, ⁷ ^, ^{8 lopen} , zwemmen ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ , pomp ⁹ ^, ¹⁰ of greep ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ Zijn al o....