Methodenartikel

Bioinspired Soft Robot met ingebouwde micro-elektroden

DOI:

10.3791/60717

⸱

28 februari 2020

 ,  ,  , 
1Division of Engineering in Medicine, Department of Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, 2School of Medicine, Jiangsu University, 3Tech4Health and Neuroscience Institutes, NYU Langone Health, 4Department of Electronics and Telecommunication, Politecnico di Torino

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een bioinspired steiger wordt vervaardigd door een zachte fotolithografietechniek met mechanisch robuuste en elektrisch geleidende hydrogels. De micropatroon hydrogels bieden directionele cardiomyocyte cel uitlijning, wat resulteert in een op maat gemaakte richting van actuatie. Flexibele micro-elektroden zijn ook geïntegreerd in het schavot om elektrische controleerbaarheid voor een zelf-actulerend hartweefsel te brengen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biogeïnspireerde zachte robotsystemen die levende organismen nabootsen met behulp van gemanipuleerd spierweefsel en biomaterialen zijn een revolutie in het huidige bioroboticaparadigma, vooral in biomedisch onderzoek. Het recreëren van kunstmatige levensachtige actuatiedynamiek is cruciaal voor een zacht-robotsysteem. Echter, de nauwkeurige controle en tuning van actuatie gedrag vertegenwoordigt nog steeds een van de belangrijkste uitdagingen van de moderne zachte robotsystemen. Deze methode beschrijft een goedkope, zeer schaalbare en gebruiksvriendelijke procedure om een elektrisch bestuurbare zachte robot te fabriceren met levensechte bewegingen die wordt geactiveerd en gecontroleerd door de samentrekking van hartspierweefsel op een micropatroonsteek ray-achtige hydrogel steiger. Het gebruik van zachte fotolithografiemethoden maakt het mogelijk om meerdere componenten succesvol te integreren in het zachte robotsysteem, waaronder op micropatroon hydrogel gebaseerde steigers met koolstofnanobuisjes (CNT's) embedded gelatine methacryloyl (CNT-GelMA), poly(ethyleenglycol) diacrylaat (PEGDA), flexibel goud (Au) micro-elektroden en hartspierweefsel. In het bijzonder zijn de hydrogels uitlijning en micropatroon ontworpen om de spier- en kraakbeenstructuur van de steekstraal na te bootsen. De elektrisch geleidende CNT-GelMA hydrogel fungeert als een celsteiger die de rijping en contractie gedrag van cardiomyocyten verbetert, terwijl de mechanisch robuuste PEGDA hydrogel structurele kraakbeen-achtige ondersteuning biedt aan de hele zachte robot. Om de harde en broze aard van op metaal gebaseerde micro-elektroden te overwinnen, ontwierpen we een serpentinepatroon dat een hoge flexibiliteit heeft en kan voorkomen dat de kloppende dynamiek van cardiomyocyten wordt belemmerd. De ingebouwde flexibele Au-micro-elektroden zorgen voor elektrische stimulatie in de zachte robot, waardoor het gemakkelijker wordt om het contractiegedrag van hartweefsel te beheersen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Moderne state-of-the-art zachte robots kunnen de hiërarchische structuren en spierdynamiek van vele levende organismen nabootsen, zoals de kwallen1,2,sting ray2,octopus3,bacteriën4en sperma5. Het nabootsen van de dynamiek en architectuur van natuurlijke systemen biedt hogere prestaties in termen van zowel energetische als structurele efficiëntie6. Dit is intrinsiek gerelateerd aan de zachte aard van natuurlijk weefsel (bijvoorbeeld huid- of spierweefsel met een Young's modulus tussen 104−109 Pa), wat zorgt voor een hogere mate van vrijheid en superieure vervorming en aanpassingsvermogen in vergelijking met standaard gemanipuleerde actuatoren (bijvoorbeeld een Young's modulus meestal tussen 109−1012 Pa)6. Cardiale spiergebaseerde soft-actuatoren, in het bijzonder, tonen superieure energie-efficiëntie als gevolg van hun zelfbediening en hun potentieel voor autoreparatie en regeneratie in vergelijking met een mechanisch gebaseerd robotsysteem7. Echter, de fabricage van zachte robots is een uitdaging vanwege de noodzaak van de integratie van verschillende componenten met verschillende fysieke, biologische en mechanische eigenschappen in het ene systeem. Bijvoorbeeld, ontworpen synthetische systemen moeten worden geïntegreerd met levende biologische systemen, niet alleen hen te voorzien van structurele ondersteuning, maar ook het beïnvloeden en moduleren van hun actuatie gedrag. Bovendien vereisen veel microfabricagemethoden agressieve/cytotoxische processen en chemicaliën die de levensvatbaarheid en functie van levende componenten verminderen. Daarom zijn nieuwe benaderingen nodig om de functionaliteit van de zachte robots te verbeteren en hun gedrag te controleren en te moduleren.

Om levende componenten met een goede levensvatbaarheid succesvol te integreren, is een hydrogel-gebaseerde steiger een uitstekend materiaal om het lichaam van een zachte robot te creëren. De fysieke en mechanische eigenschappen van een hydrogel kunnen eenvoudig worden afgestemd om microomgevingen te creëren voor levende componenten zoals spierweefsels8,9. Ook kan het gemakkelijk verschillende microfabricagetechnieken aannemen, wat resulteert in het creëren van hiërarchische structuren met hoge trouw1,2,10. Flexibele elektronische apparaten kunnen worden opgenomen in de zachte robot om zijn gedrag te controleren met elektrische stimulatie. Zo zijn optogenetische technieken gebruikt om elektrogene cellen te ontwikkelen (bijvoorbeeld cardiomyocyten), die een lichtafhankelijke elektrofysiologische activering vertonen, gebruikt om een op polydimethylsiloxane (PDMS)-gebaseerde zachte robotsteekstraal te ontwikkelen die wordt geleid door licht dat in staat was om de ondulatische beweging van de vis in vitro 2 opnieuw tecreëren. Hoewel optogenetische technieken een uitstekende controleerbaarheid hebben aangetoond, maakt het gepresenteerde werk gebruik van elektrische stimulatie, een conventionele en traditionele simulatiemethode. Dit komt omdat elektrische stimulatie via flexibele micro-elektroden eenvoudig en eenvoudig is in vergelijking met optogenetische technieken, die uitgebreide ontwikkelingsprocessen vereisen11. Het gebruik van flexibele elektronische apparaten kan zorgen voor langdurige stimulatie en standaard/eenvoudige fabricageprocessen, evenals tunable biocompatibiliteit en fysieke en mechanische eigenschappen12,13.

Hier presenteren we een innovatieve methode om een biogeïnspireerde zachte robot te fabriceren, bediend door het slaan van gemanipuleerd hartspierweefsel en gecontroleerd door elektrische stimulatie door ingebedde flexibele Au-micro-elektroden. De zachte robot is ontworpen om de spier- en kraakbeenstructuur van de steekstraal na te bootsen. De steekstraal is een organisme met een relatief eenvoudig aan te bootsen structuur en beweging in vergelijking met andere zwemsoorten. De spieren worden in vitro nagemaakt door cardiomyocyten te zaaien op een elektrisch geleidend hydrogelmicropatroon. Zoals eerder gemeld, verbetert de integratie van elektrisch geleidende nanodeeltjes zoals CNT in de GelMA hydrogel niet alleen de elektrische koppeling van het hartweefsel, maar induceert het ook een uitstekende architectuur van in vitro weefsel en regeling8,9. De kraakbeengewrichten worden vervolgens nagebootst met behulp van een mechanisch robuust PEGDA hydrogel patroon dat fungeert als het mechanisch robuuste substraat van het hele systeem. Flexibele Au-micro-elektroden met een serpentinepatroon zijn ingebed in het PEGDA-patroon om lokaal en elektrisch het hartweefsel te stimuleren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd uitgevoerd in strikte overeenstemming met de aanbevelingen in de Gids voor de Zorg en Het gebruik van Proefdieren van de National Institutes of Health. Het protocol werd goedgekeurd door het institutioneel Comité voor dierenverzorging en -gebruik (IACUC) van brigham en vrouwenziekenhuis.

1. GelMA-synthese

  1. Los 10 g gelatine op in 100 mL van Dulbecco's fosfaatgebufferde zoutoplossing (DPBS) met behulp van een magnetische roerstaaf bij 50 °C.
  2. Voeg 8 mL methacryl anhydride langzaam toe terwijl u de gelatineprepolymeeroplossing bij 50 °C gedurende 2 uur roert. Verdun de gereageerde gelatineoplossing met voorverwarmde DPBS bij 50 °C.
  3. Breng de verdunde oplossing over in dialysemembranen (moleculaire gewichtscutoff = 12-14 kDa) en plaats ze in gedeïoniseerd (DI) water. Voer dialyse uit bij 40 °C gedurende ongeveer 1 week.
  4. Filtreer de dialyzed GelMA prepolymeeroplossing met behulp van een steriel filter (poriegrootte = 0,22 μm) en breng 25 of 30 mL van de oplossing over in 50 mL-buizen en bewaar 2 dagen bij -80 °C.
  5. Vries de bevroren GelMA prepolymeeroplossing 5 dagen droog met een vriesdroger.

2. Bereiding van poly(ethyleenglycol) diacrylaat (PEGDA) prepolymeeroplossing

  1. Los 200 mg (20% van de totale oplossing) pegda (MW = 1.000) op met 5 mg (0,5% van de totale oplossing) van 2-hydroxy-4-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (foto-initiator, PI) in 1 mL DPBS.
  2. Incubeer de prepolymeeroplossing bij 80 °C gedurende 5 min.

3. Bereiding van met GelMA gecoate CNT-oplossing voor verspreide voorraden

  1. Los 80 mg GelMA (gebruikt als biosurfactant) op in 4 mL DPBS en voeg vervolgens 20 mg COOH gefunctionaliseerde multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) toe aan de GelMA prepolymeeroplossing.
  2. Sonicate de MWCNT-beladen GelMA prepolymeer oplossing voor 1 uur (0,66Hz, 100 Watt).
    OPMERKING: Tijdens het sonaiproces moet de oplossing bij ~15 °C in een waterbad worden ondergedompeld om verdamping van oplosmiddel als gevolg van de temperatuurstijging te voorkomen.

4. Bereiding van 1 mg/mL CNT met 5% GelMA prepolymeeroplossing

  1. Los 50 mg GelMA en 5 mg (0,5% van de totale oplossing) PI op in 0,8 mL DPBS bij 80 °C gedurende 10 min.
  2. Voeg 0,2 mL van de voorbereide CNT-voorraadoplossing (stap 3) toe. Vortex en incubeer de oplossing bij 80 °C gedurende 10 min.

5. Bereiding van een 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylaat (TMSPMA) gecoate glazen schuif

  1. Was de glazen platen (dikte = 1 mm, maat = 5,08 cm x 7,62 cm) met pure ethanol.
  2. Stapel de gereinigde glijbanen verticaal in een bekerglas van 250 mL en spreid 3 mL TMSPMA er met een spuit over. Bedek de beker met aluminiumfolie om verdamping van TMSPMA te voorkomen.
  3. Incubeer de glijbanen in een oven van 80 °C gedurende 1 dag.
  4. Was de gecoate glazen glijbanen door ze te dompelen in pure ethanol, dan drogen.
  5. Bewaar de gecoate glazen platen verpakt in aluminiumfolie op kamertemperatuur (RT).
    OPMERKING: Probeer het aanraken van de oppervlakken van de met TMSPMA gecoate glazen glijbanen tot een minimum te beperken.

6. Fabricage van de flexibele Au-micro-elektroden

  1. Ontwerp een schaduwmasker met behulp van computer-aided design(Aanvullende Bestand 3).
  2. Fabriceer en koop een schaduwmasker.
  3. Was de glazen schuif (dikte = 1 mm, grootte = 3 cm x 4 cm) met aceton en droog met een persluchtpistool.
  4. Bevestig het schaduwmasker aan de glazen substraten met behulp van dubbelzijdige tape, leg ze vervolgens in een E-beam verdamper en wacht tot de kamerdruk ten minste 10-6 Torr bereikt.
    OPMERKING: De twee stukken tape werden handmatig op de steun geplaatst op een afstand kort genoeg om het glas te hosten en groot genoeg om het hele patroon te passen. Deze stap duurt ongeveer 45-60 min.
  5. Dep een 200 nm dikke Au-laag door E-beam verdamper (bijvoorbeeld met Denton EE-4, vacuüm = 10-6 Torr, vermogen = 2,6%, snelheid = 2 Å/s) en snijd de gefabriceerde micro-elektroden met behulp van een zagenmachine (elektrodengrootte = 7,38 mm x 8,9 mm x 200 nm).

7. Fabricage van een Au micro-elektrode-geïntegreerde micropatroon multilayered hydrogel steiger

OPMERKING: Het resultaat van deze procedure is een membraan waarbij een micropatroon PEGDA hydrogel in de onderste laag zit, een micropatroon CNT-GelMA hydrogel bevindt zich bovenop en de Au micro-elektroden tussen de twee lagen. Deze configuratie zorgt voor een betere flexibiliteit van de elektrode en beperkt het risico van breken.

  1. Ontwerp en fabriceer twee fotomaskers om de micropatroon PEGDA(1e fotomasker) en de CNT-GelMA hydrogel (2e photomask) lagen te maken. Zie Aanvullend bestand 2–3. Het ontwerp kan worden gedaan met behulp van CAD-software.
    LET OP: Zie figuur 2B, E.
  2. Plaats 50 μm spacers gemaakt door het stapelen van een laag commerciële onzichtbare tape (Dikte: 50 μm) op een TMSPMA gecoatglas. Giet 15 μL van 20% PEGDA prepolymeer oplossing op de top van de TMSPMA gecoate glas, dan bedekken met goud micro-elektrode. Plaats het 1e fotomasker voor de glazen schuif (micropatroon PEGDA) op de top van de gouden micro-elektrode en stel de hele constructie bloot aan UV-licht (200 W kwikdamp korte booglamp met 320-390 nm filter) op 800 mW intensiteit en 8 cm afstand voor 110 s.
    LET OP: Zie figuur 1A.
  3. Voeg DPBS toe om de glazen schuif te omringen en maak de micropatroon PEGDA hydrogel met de Au-microelektroden na 5-10 min voorzichtig los van het ongecoate glassubstraat om de glazen schuif te verkrijgen die de micropatroon PEGDA hydrogel met de Au heeft micro-elektroden.
    LET OP: Zie figuur 1B. Door de TMSPMA coating wordt de constructie overgebracht van het ongecoate glassubstraat naar de TMSPMA-gecoate. Maak voorzichtig los omdat de Au-micro-elektroden gemakkelijk kunnen breken tijdens deze stap(figuur 3).
  4. Plaats 100 μm afstandhouders gemaakt door het stapelen van twee lagen van commerciële transparante tape (dikte = 50 μm) op de bodem van een Petri schotel. Dep een druppel van 20 μL CNT-GelMA prepolymeer oplossing tussen de afstandhouders en draai vervolgens de glazen schuif verkregen in 7.3 en bevestig het op de schotel met plakband.
  5. Draai het apparaat ondersteboven en plaats het2e fotomasker bovenop de glazen schuif. Bloot onder UV-licht bij 800 mW intensiteit en 8 cm afstand gedurende 200 s.
    LET OP: Zie figuur 1C. Uitlijning van het 2e masker is belangrijk.
  6. Was het verkregen schavot met DPBS en met celkweekmedium dat 10% foetaal runderserum (FBS) bevat.
  7. Laat ze 's nachts in de 37 °C incubator voordat het zaaien van de cellen.

8. Neonatale rat cardiomyocyten isolatie en cultuur

  1. Isoleer harten van 2-dagen oude Sprague-Dawley ratten volgens protocollen goedgekeurd door het Institute's Committee on Animal Care8.
  2. Zet de hartstukken 's nachts op de shaker (ongeveer 16 uur) in 0,05% trypsine zonder EDTA in HBSS in een koude ruimte.
  3. Verzamel de hartstukken met een pipetgun en minimaliseer de hoeveelheid trypsine, stop ze vervolgens in een 50 mL buis met 10 mL warme hartmedia (10% FBS, 1% P/S, 1% L-glutamine).
  4. Wervel langzaam (~ 60 rpm) in een waterbad van 37 °C gedurende 7 min. Verwijder de media voorzichtig uit de buis met een 10 mL pipet en laat de hartstukken in de buis.
  5. Voeg 7 mL collageen type 2 toe in HBSS en wervel gedurende 10 m in een waterbad van 37 °C.
  6. Meng met een 10 mL pipet 10x voorzichtig om de hartstukken te verstoren. Verwijder de media uit de buis met een 1 mL pipet.
  7. Voeg 10 mL van 0,1% collageen type 2 in HBSS en wervel snel (~ 120-180 rpm) in een 37 °C waterbad voor 10 min, controleer dan of de hartstukken oplossen.
  8. Meng met een 10 mL pipet en herhaal met een pipet van 1 mL om de laatste hartstukken te breken.
  9. Zodra de oplossing er homogeen uitziet, plaatst u een 70 μm celzeef op een nieuwe buis van 50 mL en pipett de oplossing 1 mL tegelijk op zeef.
  10. Centrifugeer de hartceloplossing op 180 x g gedurende 5 min bij 37 °C.
    LET OP: Als er nog wat hartstukken of slijm zijn dat niet is opgelost, herhaal dan opnieuw stappen 8.7–8.9.
  11. Verwijder zorgvuldig alle vloeistof boven de celpellet en bretel de cellen in 2 mL cardiale media.
  12. Voeg 2 mL cardiale media van de buiswand zorgvuldig om de cellen opnieuw op te schorten en te voorkomen dat ze breken.
  13. Voeg de zwevende cellen toe aan een T175-kolf met warme cardiale media druppel voor druppel. Doe de kolf gedurende 1 uur in een couveuse van 37 °C om cardiale fibroblasten aan de bodem te bevestigen.
    OPMERKING: Bij deze voorbereidende stap zullen de cardiale fibroblasten aan de kolf hechten, terwijl de cardiomyocyten in het suspensiemedium blijven.
  14. Verzamel de media uit de kolf die de cardiomyocyten bevat en zet het in een 50 mL buis.
  15. Tel de cellen en centrifugeer op 260 x g gedurende 5 min bij 37 °C.
  16. Resuspend en zaad van de cellen op de top van de vervaardigde zachte robot in stap 7. Giet specifiek volume van cardiale media met de cardiomyocyten bij een concentratie van 1,95 × 106 cel/mL druppel voor druppel op het gehele oppervlak van het apparaat.
  17. Incubeer de monsters bij 37 °C en verander de media met 5 mL celkweekmedia met 2% FBS en 1% L-glutamine op de eerste en tweede dag na het zaaien. Verander de media elke keer dat de kleur van de media verschuift.

9. Celkleuring voor uitlijningsanalyse

  1. Verwijder de media en was met DPBS gedurende 5 min bij RT.
  2. Fix de cellen met behulp van 4% paraformaldehyde (PFA) voor 20 min bij RT. Was dan met DPBS voor 5 min bij RT.
  3. Incubeer de cellen met 0,1% triton in DPBS bij RT gedurende 1 uur. Was 3x met PBS gedurende 5 min bij RT.
  4. Incubeer de cellen met 10% geitenserum in DPBS bij RT gedurende 1 uur.
  5. Bebroed de cellen met een primair antilichaam (sarcomeric α-actinine en connexin-43) in 10% geitenserum in DPBS bij 4 °C voor ~14-16 uur.
  6. Was 3x met DPBS gedurende 5 min bij RT. Incubeer de cellen met het secundaire antilichaam in 10% geitenserum in DPBS bij RT gedurende 1 uur.
  7. Was 3x met DPBS voor 5 min bij RT, dan counterstain cellen met 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) in DI water (1:1,000) voor 10 min bij RT. Was 3x met DPBS voor 5 min bij RT.
  8. Neem fluorescentiebeelden met behulp van een omgekeerde laser scanning confocale microscoop.

10. Actuator testen en gedragsevaluatie

  1. Spontaan slaan van de cardiomyocyten op de zachte robot
    1. Incubeer biogeïnspireerde actuatoren bij 37 °C gedurende 5 dagen en ververs de media op dag 1 en 2 en indien nodig (d.w.z. wanneer de media geel worden). Gebruik een omgekeerde optische microscoop om dagelijks beelden te maken (5x en/of 10x). Neem celbewegingen op met behulp van videocapturesoftware op het live venster van de microscoop voor 30 s bij 20 frames per seconde (5x en/of 10x) wanneer de contractiele activiteit begint (over het algemeen rond dag 3).
    2. Los op dag 5 de membranen los door voorzichtig met een afdekplaat van de rand te tillen.
      OPMERKING: Als de cellen een sterk kloppend gedrag vertonen, zullen de membranen zich losmaken door de mechanische werking van de weeën.
  2. Bulk elektrische signaalstimulatie
    1. Met behulp van een PDMS van 3 cm in de ruimte als houder, breng je twee koolstofstaafelektroden met platina (Pt) draad aan in een petrischaal van 6 cm gevuld met cardiale media. Breng vervolgens voorzichtig de zachte robot over in de petrischaal.
    2. Breng een vierkante golfvorm aan met een pulsbreedte van 50 ms, DC-offsetwaarde 0 V en piekspanningsamplitude tussen 0,5 en 6 V. De frequentie varieert tussen 0,5, 1,0 en 2,0 Hz met een duty cycle tussen respectievelijk 2,5%, 5% en 10%. Neem macroschaalcontracties op met een commercieel beschikbare camera.
  3. Elektrische stimulatie met de Au micro-elektroden
    1. Na de fabricage van Au micro-elektrode-geïntegreerde multilayered hydrogel steiger, bevestig twee koperen draden aan de Au elektroden al een externe vierkante poort met behulp van zilver pasta.
    2. Bedek de zilveren pasta met een dunne laag PDMS vooruitgehard op 80 °C gedurende 5 min. Zet de monsters vervolgens op een hete plaat op 45 °C gedurende 5 uur om de PDMS volledig te kruisen.
    3. Na het zaaien van cardiomyocyte, breng een vierkante golf elektrische stimulus op de koperen draden met DC offset waarde 1 V, piekspanning amplitude tussen 1,5 en 5 V, en frequenties van 0,5, 1,0, en 2,0 Hz respectievelijk.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stroomdiagram van de stappen voor de ontwikkeling van de Au micro-elektrode-geïntegreerde biogeïnspireerde zachte robot
Het doel van het zachte robotontwerp was om een membraan te bouwen dat in staat is om een zwembeweging met minimale complexiteit te bedienen. De structuur moet in staat zijn om sterke flexie herhaaldelijk te ondersteunen na verloop van tijd (ongeveer 1 Hz) en in staat zijn om zijn vorm te behouden, terwijl het bereiken van een sterke afstraffing. Door selectief foto crosslinking van ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Met behulp van deze methode konden we met succes een batoïde visachtige biogeïnspireerde zachte robot fabriceren met een geïntegreerd zelf-actulerend hartweefsel op een meerlaags gestructureerd schavot dat wordt gecontroleerd door ingebedde Au-micro-elektroden. Door twee verschillende micropatroon hydrogel lagen gemaakt van PEGDA en CNT-GelMA hydrogels, de bio-geïnspireerde steiger toonde een goede mechanische stabiliteit en ideale cel uitlijning en rijping. De PEGDA patroonlaag, die dient als kraakbeengewricht van de sk...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit document werd gefinancierd door de National Institutes of Health (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), het Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award, en AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
250 mL BeakerPYREX1000-250CNEa
2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiofenonSigma-Aldrich410896
3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylaatMiliporeM6514
37° Water bathVWRW6M
4',6-diamidino-2-fenylindole (DAPI)Sigma-AldrichD9542
50mL Conical Centrifuge TubesFalcon14-959-49A
70 µm Cell StrainerFalcon352350
80° incubatorVWR1370GM
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG (H+L)InvitrogenA11029
Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit IgG (H+L)InvitrogenA11037
Alexa Fluor 488 PhalloidinInvitrogenA12379
Antibiotic/Antimycotic solutionThermoFisher Scientific15240062
Anti-Connexin 43/GJAI antibodyAbcamab11370Konijn polyklonaal
Anti-Sarcomeric α-actinineAbcamab9465Muis monoklonaal
Benchtop Freeze DryersLabconco77500-00 K
Biosafety cabinetSterilgardA/B3
Carbon rod electrodesSGL Carbon Group6971105
CentrifugeEppendorf5804
CO2 incubatorForma Scientific3110
Collageenase, Type II, PoederGibco17-101-015
Confocal MicroscopeZeissLSM 880
COOH Functionele Koolstof NanobuizenNanoLabPD30L5-20-COOH
Dicing saw machineGiorgio TechnologyDAD-321
DMEM, High GlucoseGibco11-965-118
DPBS zonder Calcium en MagnesiumGibco14-190-144
E-beam evaporatorCHA57367
Fetal Bovine SerumGibco10-437-028
GelatineSigma-AldrichG9391Type B, 300 bloom uit varkenshuid
GlijplaatjeVWR48382-180
HBSS zonder Calcium, Magnesium of Fenol RoodGibco14-175-079
Inverted optical microscopeOlympusCK40
Magnetic hotplateCorningPC-420
methacrylic anhydrideSigma-Aldrich276695Bevat 2,000ppm topanol A als inhibitor
Nunc EasYFlask 175cm2ThermoFisher Scientific159910
OlicscopeSiglentSDS1052DL+
Paraformaldehyde Aqueous Solution -16%Electron Microscopy Sciences15710
PDMS SYLGARD 184Sigma-Aldrich761036
PhotomaskMini micro stencil inc
Platinum wireAlfa AesarAA43014BU
Polyethylene glycol dimethcrylatePolysciences Inc.15178-100
Regenerated Cellulose Dialysis TubingFisherbrand21-152-14
Silver Epoxy AdhesiveMG Chemicals8330S
Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration SystemMilliporeS2GPU02RE
Ultra sonicatorQsonicaQ500
UV Curing SystemOmniCureS2000
Vortex mixerScientific IndustrySI-0246A
Waveform generatorAgilent33500B
Wrap Aluminium foilReynoldsN/A

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Nawroth, J. C., et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nature Biotechnology. 30 (8), 792-797 (2012).
  2. Park, S. J., et al. Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray. Science. 353 (6295), 158-162 (2016).
  3. Laschi, C., et al. Soft Robot Arm Inspired by the Octopus. Advanced Robotics. 26 (7), 709-727 (2012).
  4. Alapan, Y., et al. Soft erythocyte-based bacterial microswimmers for cargo delivery. Science Robotics. 3 (17), 4423(2018).
  5. Magdanz, V., Sanchez, S., Schmidt, O. G. Development of a Sperm-Flagella Driven Micro-Bio-Robot. Advanced Materials. 25 (45), 6581-6588 (2013).
  6. Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
  7. 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 (18), 3473-3484 (2016).
  8. Shin, S. R., et al. Aligned Carbon Nanotube–Based Flexible Gel Substrates for Engineering Biohybrid Tissue Actuators. Advanced Functional Materials. 25 (28), 4486-4495 (2015).
  9. Shin, S. R., et al. Carbon-nanotube-embedded hydrogel sheets for engineering cardiac constructs and bioactuators. ACS Nano. 7 (3), 2369-2380 (2013).
  10. Shin, S. R., et al. Electrically Driven Microengineered Bioinspired Soft Robots. Advanced Materials. 30 (10), 1704189(2018).
  11. Tye, K. M., Deisseroth, K. Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models. Nature Reviews Neuroscience. 13 (4), 251-266 (2012).
  12. Feinberg, A. W., et al. Muscular thin films for building actuators and powering devices. Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).
  13. Jia, Z., et al. Stimulating cardiac muscle by light: cardiac optogenetics by cell delivery. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 4 (5), 753-760 (2011).
  14. Shin, S. R. Carbon Nanotube Reinforced Hybrid Microgels as Scaffold Materials for Cell Encapsulation. ACS Nano. , (2013).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Bioinspired Soft RobotCardiac Muscle TissueMicropatterned HydrogelFlexible Gold MicroelectrodesCarbon Nanotube GelMAElectrical StimulationPhotolithography MethodsCardiomyocyte ContractionSting Ray MimicrySerpentine Electrode Design

Gerelateerde artikelen