Name: Miękki robot inspirowany biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania miękkich robotów inspirowanych biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami do sterowania elektrycznego. Technika ta wykorzystuje hydrogel i nanorurki węglowe do precyzyjnej stymulacji komórek mięśnia sercowego.

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

Ten artykuł został sfinansowany przez National Institutes of Health (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Brigham Research Institute Stepping Strong Innovator Award oraz AHA Innovative Project Award (19IPLOI34660079).

To badanie zostało przeprowadzone w ścisłej zgodności z zaleceniami zawartymi w Przewodniku dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych National Institutes of Health. Protokół został zatwierdzony przez instytucjonalny Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Zwierząt (IACUC) w Brigham and Women's Hospital.
1. Synteza GelMA
<ol>
	<li>Rozpuścić 10 g żelatyny w 100 ml roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (DPBS) firmy Dulbecco za pomocą mieszadła magnetycznego w temperaturze 50 °C.</li>
	<li>Powoli dodawać 8 ml bezwodnika metakrylowego, mieszając roztwór prepolimeru żelatyny w temperaturze 50 °C przez 2 godziny. Rozcieńczyć przereagowany roztwór żelatyny podgrzanym DPBS w temperaturze 50 °C.</li>
	<li>Rozcieńczony roztwór przenieść do membran dializacyjnych (odcięcie masy cząsteczkowej = 12–14 kDa) i umieścić je w wodzie dejonizowanej (DI). Dializę w temperaturze 40 °C należy wykonywać przez około 1 tydzień.</li>
	<li>Przefiltrować dializowany roztwór prepolimeru GelMA za pomocą sterylnego filtra (wielkość porów = 0,22 μm) i przenieść 25 lub 30 ml roztworu do probówek o pojemności 50 ml i przechowywać w temperaturze -80 °C przez 2 dni.</li>
	<li>Liofilizować zamrożony roztwór prepolimeru GelMA za pomocą liofilizatora przez 5 dni.</li>
</ol>
2. Przygotowanie roztworu prepolimeru poli(glikolu etylenowego) diakrylanu (PEGDA)
<ol>
	<li>Rozpuścić 200 mg (20% roztworu całkowitego) PEGDA (MW = 1 000) w 5 mg (0,5% roztworu całkowitego) 2-hydroksy-4-(2-hydroksyetoksy)-2-metylopropiofenonu (fotoinicjatora, PI) w 1 ml DPBS.</li>
	<li>Inkubować roztwór prepolimeru w temperaturze 80 °C przez 5 minut.</li>
</ol>
3. Przygotowanie zdyspergowanego roztworu podstawowego CNT pokrytego GelMA
<ol>
	<li>Rozpuścić 80 mg GelMA (stosowanego jako biosurfaktant) w 4 ml DPBS, a następnie dodać 20 mg wielościennych nanorurek węglowych (MWCNT) funkcjonalizowanych COOH do roztworu prepolimeru GelMA.</li>
	<li>Sonikuj roztwór prepolimeru GelMA z MWCNT przez 1 godzinę (0,66 Hz, 100 Watt). 
	UWAGA: Podczas procesu sonikacji roztwór musi być zanurzony w łaźni wodnej o temperaturze ~15 °C, aby zapobiec parowaniu rozpuszczalnika z powodu wzrostu temperatury.</li>
</ol>
4. Przygotowanie 1 mg/ml CNT zawierającego 5% roztwór prepolimeru GelMA
<ol>
	<li>Rozpuścić 50 mg GelMA i 5 mg (0,5% całkowitego roztworu) PI w 0,8 ml DPBS w temperaturze 80 °C przez 10 min.</li>
	<li>Dodać 0,2 ml przygotowanego roztworu podstawowego CNT (krok 3). Wirować i inkubować roztwór w temperaturze 80 °C przez 10 minut.</li>
</ol>
5. Przygotowanie szkiełka pokrytego 3-(trimetoksysililo)metakrylanem propylu (TMSPMA)
<ol>
	<li>Umyj szkiełka podstawowe (grubość = 1 mm, rozmiar = 5,08 cm x 7,62 cm) czystym etanolem.</li>
	<li>Ułóż oczyszczone szkiełka pionowo w zlewce o pojemności 250 ml i rozprowadź na nich 3 ml TMSPMA za pomocą strzykawki. Przykryj zlewkę folią aluminiową, aby zapobiec parowaniu TMSPMA.</li>
	<li>Inkubować szkiełka w piekarniku o temperaturze 80 °C przez 1 dzień.</li>
	<li>Umyj szkiełka z powlekanego szkła, zanurzając je w czystym etanolu, a następnie wysusz.</li>
	<li>Szkiełka ze szkła powlekanego należy przechowywać zawinięte w folię aluminiową w temperaturze pokojowej (RT). 
	UWAGA: Staraj się zminimalizować dotykanie powierzchni szkiełek szklanych z powłoką TMSPMA.</li>
</ol>
6. Produkcja elastycznych mikroelektrod Au
<ol>
	<li>Zaprojektuj maskę cienia za pomocą projektowania wspomaganego komputerowo (plik uzupełniający 3).</li>
	<li>Wyprodukuj i kup maskę cienia.</li>
	<li>Umyj szkiełko (grubość = 1 mm, rozmiar = 3 cm x 4 cm) acetonem i osusz pistoletem na sprężone powietrze.</li>
	<li>Przymocuj maskę cienia do szklanych podłoży za pomocą taśmy dwustronnej, a następnie umieść je w parowniku E-beam i poczekaj, aż ciśnienie w komorze osiągnie co najmniej 10-6 Torr. 
	UWAGA: Dwa kawałki taśmy zostały umieszczone ręcznie na wsporniku w odległości wystarczająco krótkiej, aby pomieścić szkło i wystarczająco dużej, aby zmieścić cały wzór. Ten krok trwa około 45–60 minut.</li>
	<li>Umieść warstwę Au o grubości 200 nm za pomocą parownika E-beam (np. z Denton EE-4, próżnia = 10-6 Torr, moc = 2,6%, szybkość = 2 TΥ/s) i pokrój wytworzone mikroelektrody za pomocą piły do krojenia w kostkę (rozmiar elektrod = 7,38 mm x 8,9 mm x 200 nm).</li>
</ol>
7. Wykonanie zintegrowanego z mikroelektrodą Au wielowarstwowego rusztowania hydrożelowego z mikroelektrodą
UWAGA: Wynikiem tej procedury jest membrana, w której hydrożel PEGDA z mikrowzorem znajduje się w dolnej warstwie, hydrożel CNT-GelMA z mikrowzorem znajduje się na górze, a mikroelektrody Au znajdują się pomiędzy dwiema warstwami. Taka konfiguracja zapewnia lepszą elastyczność elektrody i ogranicza ryzyko pęknięcia.
<ol>
	<li>Zaprojektuj i wyprodukuj dwie fotomaski, aby stworzyć warstwy PEGDA (1. fotomaska) z mikrowzorzystymi wzorami i hydrożelowymi warstwami CNT-GelMA (2. fotomaska). Patrz plik uzupełniający 2–3. Projekt można wykonać za pomocą oprogramowania CAD. 
	UWAGA: Zobacz Rysunek 2B, E.</li>
	<li>Umieść przekładki 50 μm wykonane przez ułożenie jednej warstwy komercyjnej niewidocznej taśmy (grubość: 50 μm) na szkle pokrytym TMSPMA. Wlej 15 μl 20% roztworu prepolimeru PEGDA na wierzch szkła pokrytego TMSPMA, a następnie przykryj złotą mikroelektrodą. Umieść 1. fotomaskę do szkiełka (mikrowzorzysty PEGDA) na wierzchu złotej mikroelektrody i wystaw całą konstrukcję na działanie światła UV (lampa rtęciowa o krótkim łuku o mocy 200 W z filtrem 320–390 nm) o natężeniu 800 mW i odległości 8 cm przez 110 s. 
	UWAGA: Zobacz Rysunek 1A.</li>
	<li>Dodaj DPBS, aby otoczyć szkiełko i ostrożnie odłącz hydrożel PEGDA z mikrowzorami wraz z mikroelektrodami Au od niepowlekanego podłoża szklanego po 5–10 minutach, aby uzyskać szkiełko z mikrowzorem hydrożelu PEGDA z mikroelektrodami Au. 
	UWAGA: Zobacz Rysunek 1B. Dzięki powłoce TMSPMA konstrukcja jest przenoszona z niepowlekanego podłoża szklanego na podłoże pokryte TMSPMA. Odłącz ostrożnie, ponieważ mikroelektrody Au mogą łatwo pęknąć na tym etapie (<silna klasa="xfig">Rysunek 3).</li>
	<li>Umieść przekładki 100 μm wykonane przez ułożenie dwóch warstw dostępnej w handlu przezroczystej taśmy (grubość = 50 μm) na dnie szalki Petriego. Umieść kroplę 20 μl roztworu prepolimeru CNT-GelMA między przekładkami, a następnie odwróć szklane szkiełko otrzymane w 7.3 i przymocuj je do naczynia za pomocą taśmy klejącej.</li>
	<li>Obróć urządzenie do góry nogami i umieść 2. fotomaskę na szklanym szkiełku. Naświetlać w świetle UV o natężeniu 800 mW i odległości 8 cm przez 200 s. 
	UWAGA: Zobacz Rysunek 1C. Wyrównanie 2. maski jest ważne.</li>
	<li>Otrzymane rusztowanie przemyć DPBS i pożywką do hodowli komórkowych, która zawiera 10% płodowej surowicy bydlęcej (FBS).</li>
	<li>Pozostaw je na noc w inkubatorze w temperaturze 37 °C przed wysiewem komórek.</li>
</ol>
8. Izolacja i hodowla kardiomiocytów noworodków szczurów
<ol>
	<li>Odizoluj serca od 2-dniowych szczurów Sprague-Dawley zgodnie z protokołami zatwierdzonymi przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Instytutu8.</li>
	<li>Połóż kawałki serca na shakerze na noc (około 16 godzin) w 0,05% trypsyny bez EDTA w HBSS w chłodnym pomieszczeniu.</li>
	<li>Zbierz kawałki serca za pomocą pistoletu do pipet i zminimalizuj ilość trypsyny, a następnie umieść je w probówce o pojemności 50 ml z 10 ml ciepłej pożywki nasercowej (10% FBS, 1% P/S, 1% L-glutaminy).</li>
	<li>Obracać powoli (~60 obr./min) w łaźni wodnej o temperaturze 37 °C przez 7 minut. Ostrożnie wyjmij pożywkę z probówki za pomocą pipety o pojemności 10 ml i pozostaw kawałki serca w probówce.</li>
	<li>Dodać 7 ml 0,1% kolagenazy typu 2 w HBSS i mieszać w łaźni wodnej o temperaturze 37 °C przez 10 minut.</li>
	<li>Delikatnie wymieszaj pipetą o pojemności 10 ml 10 razy, aby rozbić kawałki serca. Wyjmij pożywkę z probówki za pomocą pipety o pojemności 1 ml.</li>
	<li>Dodaj 10 ml 0,1% kolagenazy typu 2 w HBSS i szybko mieszaj (~120–180 obr./min) w łaźni wodnej o temperaturze 37 °C przez 10 minut, a następnie sprawdź, czy kawałki serca się rozpuszczają.</li>
	<li>Wymieszaj z pipetą o pojemności 10 ml, a następnie powtórz z pipetą o pojemności 1 ml, aby rozbić ostatnie kawałki serca.</li>
	<li>Gdy roztwór będzie wyglądał na jednorodny, umieść sitko o pojemności 70 μm na nowej probówce o pojemności 50 ml i pipetuj roztwór po 1 ml na sitku.</li>
	<li>Odwirować roztwór komórek serca o sile 180 x g przez 5 minut w temperaturze 37 °C. 
	UWAGA: Jeśli nadal znajdują się kawałki serca lub śluz, które się nie rozpuściły, powtórz kroki 8.7–8.9 ponownie.</li>
	<li>Ostrożnie usunąć cały płyn znajdujący się powyżej osadu komórkowego i ponownie zawiesić komórki w 2 ml pożywki nasercowej.</li>
	<li>Ostrożnie dodaj 2 ml pożywki sercowej ze ścianki probówki, aby ponownie zawiesić komórki i uniknąć ich pęknięcia.</li>
	<li>Dodaj zawieszone komórki do kolby T175 z ciepłym podłożem sercowym kropla po kropli. Umieścić kolbę w inkubatorze o temperaturze 37 °C na 1 godzinę, aby umożliwić fibroblastom serca przyczepienie się do dna. 
	UWAGA: Na tym etapie wstępnego powlekania fibroblasty serca przyłączą się do kolby, podczas gdy kardiomiocyty pozostaną w podłożu zawiesinowym.</li>
	<li>Zebrać pożywkę z kolby zawierającej kardiomiocyty i umieścić ją w probówce o pojemności 50 ml.</li>
	<li>Policzyć komórki, a następnie odwirować przy 260 x g przez 5 minut w temperaturze 37 °C.</li>
	<li>Ponownie zawieś i zasiej komórki na wierzchu wyprodukowanego miękkiego robota w kroku 7. Wlać określoną objętość pożywki kardiologicznej z kardiomiocytami w stężeniu 1,95 × 106 komórek/ml kropla po kropli na całą powierzchnię urządzenia.</li>
	<li>Inkubować próbki w temperaturze 37 °C i zmieniać pożywkę na 5 ml pożywki do hodowli komórkowych z 2% FBS i 1% L-glutaminą w pierwszym i drugim dniu po wysiewie. Zmieniaj nośnik za każdym razem, gdy zmienia się kolor nośnika.</li>
</ol>
9. Barwienie komórek do analizy dopasowania
<ol>
	<li>Wyjmij media i myj DPBS przez 5 minut w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Utrwal komórki za pomocą 4% paraformaldehydu (PFA) przez 20 minut w temperaturze pokojowej. Następnie myć DPBS przez 5 minut w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Inkubować komórki z 0,1% trytonem w DPBS w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę. Przemywać 3x PBS przez 5 minut w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Inkubować komórki z 10% surowicą kozią w DPBS w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę.</li>
	<li>Inkubować komórki z pierwszorzędowym przeciwciałem (sarkomeryczne α-aktynina i koneksyna-43) w 10% surowicy koziej w DPBS w temperaturze 4 °C przez ~14–16 godzin.</li>
	<li>Przemyć 3x DPBS przez 5 min w RT. Inkubować komórki z przeciwciałem drugorzędowym w 10% surowicy koziej w DPBS w RT przez 1 godzinę.</li>
	<li>Przemyć 3x DPBS przez 5 min w RT, a następnie przeciwbarwić komórki 4',6-diamidino-2-fenyloindolem (DAPI) w wodzie DI (1:1,000) przez 10 min w RT. Myć 3x DPBS przez 5 min w RT.</li>
	<li>Wykonaj obrazy fluorescencyjne za pomocą odwróconego laserowego skaningowego mikroskopu konfokalnego.</li>
</ol>
10. Testowanie i ocena zachowania siłownika
<ol>
	<li>Spontaniczne bicie kardiomiocytów na miękkim robocie
	<ol>
		<li>Inkubować inspirowane biologicznie siłowniki w temperaturze 37 °C przez 5 dni i odświeżać pożywkę w 1. i 2. dniu oraz w razie potrzeby (tj. gdy pożywka zmieni kolor na żółty). Używaj odwróconego mikroskopu optycznego do codziennego robienia zdjęć (5x i/lub 10x). Rejestruj ruchy komórek za pomocą oprogramowania do przechwytywania wideo w oknie na żywo mikroskopu przez 30 s przy 20 klatkach na sekundę (5x i/lub 10x), gdy rozpoczyna się aktywność skurczu (zwykle około 3 dnia).</li>
		<li>W 5 dniu odłącz membrany, delikatnie podnosząc je od krawędzi za pomocą szkiełka zakrywającego. 
		UWAGA: Jeśli komórki wykazują silne bicie, błony same się odczepią z powodu mechanicznego działania skurczów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Masowa stymulacja sygnału elektrycznego
	<ol>
		<li>Używając PDMS w odstępach 3 cm jako uchwytu, przymocuj dwie elektrody prętowe z włókna węglowego drutem platynowym (Pt) na 6-centymetrowej szalce Petriego wypełnionej pożywką sercową. Następnie ostrożnie przenieś miękkiego robota na szalkę Petriego.</li>
		<li>Zastosuj przebieg prostokątny o szerokości impulsu 50 ms, wartości przesunięcia DC 0 V i amplitudzie napięcia szczytowego od 0,5 do 6 V. Częstotliwość waha się od 0,5, 1,0 do 2,0 Hz z cyklem pracy odpowiednio między 2,5%, 5% i 10%. Rejestruj skurcze w skali makro za pomocą dostępnej na rynku kamery.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Stymulacja elektryczna za pomocą mikroelektrod Au
	<ol>
		<li>Po wyprodukowaniu wielowarstwowego rusztowania hydrożelowego zintegrowanego z mikroelektrodą Au, przymocuj dwa druty miedziane do elektrod Au przez zewnętrzny kwadratowy port za pomocą pasty srebrnej.</li>
		<li>Przykryj srebrną pastę cienką warstwą PDMS utwardzonego w temperaturze 80 °C przez 5 minut. Następnie umieść próbki na płycie grzejnej w temperaturze 45 °C na 5 godzin, aby w pełni usieciować PDMS.</li>
		<li>Po wysianiu kardiomiocytów zastosuj bodziec elektryczny fali prostokątnej na drutach miedzianych o wartości przesunięcia DC 1 V, amplitudzie napięcia szczytowego między 1,5 a 5 V i częstotliwościach odpowiednio 0,5, 1,0 i 2,0 Hz.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Nawroth, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nature Biotechnology. 30 (8), 792-797 (2012).</li>
<li>Park, S. J., et al. <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>Laschi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Robot+Arm+Inspired+by+the+Octopus%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Robotics%22%5BJournal%5D)">Soft Robot Arm Inspired by the Octopus.</a> Advanced Robotics. 26 (7), 709-727 (2012).</li>
<li>Alapan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+erythocyte-based+bacterial+microswimmers+for+cargo+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Robotics%22%5BJournal%5D)">Soft erythocyte-based bacterial microswimmers for cargo delivery.</a> Science Robotics. 3 (17), 4423(2018).</li>
<li>Magdanz, V., Sanchez, S., Schmidt, O. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Sperm-Flagella+Driven+Micro-Bio-Robot%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Development of a Sperm-Flagella Driven Micro-Bio-Robot.</a> Advanced Materials. 25 (45), 6581-6588 (2013).</li>
<li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+control+of+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521 (7553), 467-475 (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 (18), 3473-3484 (2016).</li>
<li>Shin, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aligned+Carbon+Nanotube%E2%80%93Based+Flexible+Gel+Substrates+for+Engineering+Biohybrid+Tissue+Actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Aligned Carbon Nanotube–Based Flexible Gel Substrates for Engineering Biohybrid Tissue Actuators.</a> Advanced Functional Materials. 25 (28), 4486-4495 (2015).</li>
<li>Shin, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon-nanotube-embedded+hydrogel+sheets+for+engineering+cardiac+constructs+and+bioactuators%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Carbon-nanotube-embedded hydrogel sheets for engineering cardiac constructs and bioactuators.</a> ACS Nano. 7 (3), 2369-2380 (2013).</li>
<li>Shin, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrically+Driven+Microengineered+Bioinspired+Soft+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrically Driven Microengineered Bioinspired Soft Robots.</a> Advanced Materials. 30 (10), 1704189(2018).</li>
<li>Tye, K. M., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+investigation+of+neural+circuits+underlying+brain+disease+in+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Optogenetic investigation of neural circuits underlying brain disease in animal models.</a> Nature Reviews Neuroscience. 13 (4), 251-266 (2012).</li>
<li>Feinberg, A. W., et al. <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>Jia, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulating+cardiac+muscle+by+light%3A+cardiac+optogenetics+by+cell+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%3A+Arrhythmia+and+Electrophysiology%22%5BJournal%5D)">Stimulating cardiac muscle by light: cardiac optogenetics by cell delivery.</a> Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 4 (5), 753-760 (2011).</li>
<li>Shin, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+Nanotube+Reinforced+Hybrid+Microgels+as+Scaffold+Materials+for+Cell+Encapsulation%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Carbon Nanotube Reinforced Hybrid Microgels as Scaffold Materials for Cell Encapsulation.</a> ACS Nano. , (2013).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Korzystając z tej metody, udało nam się z powodzeniem wyprodukować przypominającego batoida, przypominającego rybę, inspirowanego biologicznie, miękkiego robota ze zintegrowaną, samoczynnie działającą tkanką serca na wielowarstwowym rusztowaniu strukturalnym, które jest kontrolowane przez wbudowane mikroelektrody Au. Dzięki dwóm odrębnym warstwom hydrożelu z mikrowzorzyskami wykonanymi z hydrożeli PEGDA i CNT–GelMA, rusztowanie inspirowane biologicznie wykazało się dobrą stabilnością mechaniczną oraz idealnym ułożeniem i...

Nowoczesne, najnowocześniejsze miękkie roboty mogą naśladować struktury hierarchiczne i dynamikę mięśni wielu żywych organizmów, takich jak meduzy1,2, sting ray2, octopus3, bacteria4 i sperma5. Naśladowanie dynamiki i architektury naturalnych systemów zapewnia wyższą wydajność zarówno pod względem efektywności energetycznej, jak i strukturalnej6. Jest to nierozerwalnie związane z miękką naturą naturalnej tkanki (np. skóry lub tkanki mięśniowej o module Younga między 104−109 Pa), co pozwala na wyższe stopnie swobody oraz lepsze odkształcenia i zdolności adaptacyjne w porównaniu ze standardowymi siłownikami inżynieryjnymi (np. moduł Younga zwykle między 109−1012 Pa)6. Zwłaszcza miękkie siłowniki oparte na mięśniu sercowym wykazują wyższą efektywność energetyczną ze względu na ich samoczynność, a także potencjał do autonaprawy i regeneracji w porównaniu z mechanicznym systemem robotycznym7. Jednak produkcja miękkich robotów jest trudna ze względu na konieczność integracji różnych komponentów o różnych właściwościach fizycznych, biologicznych i mechanicznych w jednym systemie. Na przykład zaprojektowane systemy syntetyczne muszą być zintegrowane z żywymi systemami biologicznymi, nie tylko zapewniając im wsparcie strukturalne, ale także wpływając i modulując ich zachowanie podczas uruchamiania. Ponadto wiele metod mikrowytwarzania wymaga ostrych/cytotoksycznych procesów i chemikaliów, które zmniejszają żywotność i funkcję wszelkich żywych składników. W związku z tym konieczne są nowe podejścia w celu zwiększenia funkcjonalności miękkich robotów oraz kontrolowania i modulowania ich zachowania.
Aby skutecznie zintegrować żywe komponenty o dobrej żywotności, rusztowanie na bazie hydrożelu jest doskonałym materiałem do stworzenia ciała miękkiego robota. Właściwości fizyczne i mechaniczne hydrożelu można łatwo dostosować, aby stworzyć mikrośrodowiska dla żywych komponentów, takich jak tkanki mięśniowe8,9. Ponadto może z łatwością przyjąć różne techniki mikrowytwarzania, co skutkuje tworzeniem hierarchicznych struktur o wysokiej wierności1,2,10. Elastyczne urządzenia elektroniczne można włączyć do miękkiego robota, aby kontrolować jego zachowanie za pomocą stymulacji elektrycznej. Na przykład, techniki optogenetyczne do inżynierii komórek elektrogenicznych (np. kardiomiocytów), które wykazują zależną od światła aktywację elektrofizjologiczną, zostały wykorzystane do opracowania miękkiej robotycznej płaszczki żądła opartej na polidimetylosiloksanie (PDMS) kierowanej światłem, która była w stanie odtworzyć ruch falowania ryby in vitro2. Chociaż techniki optogenetyczne wykazały doskonałą sterowność, w prezentowanej pracy wykorzystano stymulację elektryczną, konwencjonalną i tradycyjną metodę symulacji. Dzieje się tak dlatego, że stymulacja elektryczna za pomocą elastycznych mikroelektrod jest łatwa i prosta w porównaniu z technikami optogenetycznymi, które wymagają rozległych procesów rozwojowych11. Zastosowanie elastycznych urządzeń elektronicznych może pozwolić na długotrwałą stymulację i standardowe/proste procesy produkcyjne, a także na dostrajalną biokompatybilność oraz właściwości fizyczne i mechaniczne12,13.
Tutaj prezentujemy innowacyjną metodę wytwarzania inspirowanego biologicznie miękkiego robota, uruchamianego przez bicie zmodyfikowanej tkanki mięśnia sercowego i kontrolowanego przez stymulację elektryczną za pomocą wbudowanych elastycznych mikroelektrod Au. Miękki robot został zaprojektowany tak, aby naśladować strukturę mięśni i chrząstek płaszczki. Płaszczka jest organizmem o stosunkowo łatwej do naśladowania budowie i ruchu w porównaniu z innymi gatunkami pływającymi. Mięśnie są odtwarzane in vitro poprzez wysiewanie kardiomiocytów na przewodzącym elektrycznie mikrowzorze hydrożelowym. Jak wcześniej informowaliśmy, włączenie przewodzących prąd elektryczny nanocząstek, takich jak CNT, do hydrożelu GelMA nie tylko poprawia sprzężenie elektryczne tkanki serca, ale także indukuje doskonałą architekturę i układ tkanek in vitro8,9. Stawy chrzęstne są następnie naśladowane za pomocą mechanicznie wytrzymałego wzoru hydrożelu PEGDA, który działa jako mechanicznie wytrzymałe podłoże całego systemu. Elastyczne mikroelektrody Au o serpentynowym wzorze są osadzone we wzorze PEGDA, aby miejscowo i elektrycznie stymulować tkankę serca.

<table><tbody><tr><td>250 ml Zlewka</td><td>PYREX</td><td>1000-250CNEa</td><td></td></tr><tr><td>2-hydroksy-4'-(2-hydroksyetoksy)-2-metylopropiofenon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>410896</td><td></td></tr><tr><td>3-(trimetoksysililo)propylu metakrylan</td><td>Milipore</td><td>M6514</td><td></td></tr><tr><td>37&deg; Łaźnia wodna</td><td>VWR</td><td>W6M</td><td></td></tr><tr><td>4',6-diamidino-2-fenyloindol (DAPI)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9542</td><td></td></tr><tr><td>50mL stożkowe probówki wirówkowe</td><td>Falcon</td><td>14-959-49A</td><td></td></tr><tr><td>70 &micro; m Sitko do komórek</td><td>Falcon</td><td>352350</td><td></td></tr><tr><td>80&deg; inkubator</td><td>VWR</td><td>1370GM</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 kozia anty-mysia IgG (H+L)</td><td>Invitrogen</td><td>A11029</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 594 kozia anty-królicza IgG (H+L)</td><td>Invitrogen</td><td>A11037</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 Phalloidin</td><td>Invitrogen</td><td>A12379</td><td></td></tr><tr><td>Antybiotyk/Przeciwgrzybicze rozwiązanie</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>15240062</td><td></td></tr><tr><td>Przeciwciało anty-Connexin 43/GJAI</td><td>Abcam</td><td>ab11370</td><td>Królik poliklonalny</td></tr><tr><td>anty-sarkomeryczny &alfa;-aktynina</td><td>Abcam</td><td>ab9465</td><td>Mysze monoklonalne</td></tr><tr><td>liofilizatory stołowe</td><td>Labconco</td><td>77500-00 K</td><td></td></tr><tr><td>Szafa bezpieczeństwa biologicznego</td><td>Sterilgard</td><td>A/B3</td><td></td></tr><tr><td>Elektrody prętowe</td><td>węglowe SGL Wirówka 6971105</td><td></td><td></td>z grupą węglową</tr><tr><td></td><td>Eppendorf</td><td>5804</td><td></td></tr><tr><td>Inkubator CO2</td><td>Forma Scientific</td><td>3110</td><td></td></tr><tr><td>Kolagenaza, typ II, proszek</td><td>Gibco</td><td>17-101-015</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop konfokalny</td><td>Zeiss</td><td>LSM 880</td><td></td></tr><tr><td>COOH Funkcjonalizowane nanorurki węglowe</td><td>NanoLab</td><td>PD30L5-20-COOH</td><td></td></tr><tr><td>Piła do krojenia w kostkę</td><td>Giorgio Technology</td><td>DAD-321</td><td></td></tr><tr><td>DMEM, wysoka glukoza</td><td>Gibco</td><td>11-965-118</td><td></td></tr><tr><td>DPBS bez wapnia i magnezu</td><td>Gibco</td><td>14-190-144</td><td></td></tr><tr><td>Parownik wiązki elektronicznej</td><td>CHA</td><td>57367</td><td></td></tr><tr><td>Surowica bydlęca</td><td>płodu Gibco</td><td>10-437-028</td><td></td></tr><tr><td>Żelatyna</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G9391</td><td>Typ B, 300 nalot ze skóry świni</td></tr><tr><td>Szkiełko</td><td>szklane VWR</td><td>48382-180</td><td></td></tr><tr><td>HBSS bez wapnia, magnezu i fenolu Czerwony</td><td>Gibco</td><td>14-175-079</td><td></td></tr><tr><td>Odwrócony mikroskop optyczny</td><td>Olympus</td><td>CK40</td><td></td></tr><tr><td>Magnetyczna płyta grzejna</td><td>Corning</td><td>PC-420</td><td></td></tr><tr><td>bezwodnik metakrylowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>276695</td><td>Zawiera 2,000 ppm topanolu A jako inhibitor</td></tr><tr><td>Nunc EasYFlask 175cm2</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>159910</td><td></td></tr><tr><td>Olicscope</td><td>Siglent</td><td>SDS1052DL+</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldehyd roztwór wodny -16%</td><td>Mikroskopia elektronowa Sciences</td><td>15710</td><td></td></tr><tr><td>PDMS SYLGARD 184</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>761036</td><td></td></tr><tr><td>Fotomaska</td><td>Mini mikroszablon inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drut platynowy</td><td>Alfa Aesar</td><td>AA43014BU</td><td></td></tr><tr><td>Dimetrylan glikolu polietylenowego</td><td>Polysciences Inc.</td><td>15178-100</td><td></td></tr><tr><td>Rurki do dializy z regenerowanej celulozy</td><td>Fisherbrand</td><td>21-152-14</td><td></td></tr><tr><td>Srebrny klej epoksydowy</td><td>MG Chemicals</td><td>8330S</td><td></td></tr><tr><td>Stericup Quick Release-GP Sterylny system filtracji próżniowej</td><td>Millipore</td><td>S2GPU02RE</td><td></td></tr><tr><td>Ultra sonikator</td><td>Qsonica</td><td>Q500</td><td></td></tr><tr><td>System utwardzania UV</td><td>OmniCure</td><td>S2000</td><td></td></tr><tr><td>Mieszalnik wirowy</td><td>Przemysł naukowy</td><td>SI-0246A</td><td></td></tr><tr><td>Generator przebiegów</td><td>Agilent</td><td>33500B</td><td></td></tr><tr><td>Wrap Folia</td><td>aluminiowa Reynolds</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

miękki robot inspirowany biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Bioinspirowane miękkie systemy robotyczne, które naśladują żywe organizmy za pomocą zmodyfikowanej tkanki mięśniowej i biomateriałów, rewolucjonizują obecny paradygmat biorobotyki, zwłaszcza w badaniach biomedycznych. Odtworzenie dynamiki aktywacji przypominającej sztuczne, realistyczne ma kluczowe znaczenie dla systemu miękkiego robota. Jednak precyzyjna kontrola i dostrojenie zachowania aktywacji nadal stanowi jedno z głównych wyzwań nowoczesnych miękkich systemów robotycznych. Metoda ta opisuje tanią, wysoce skalowalną i łatwą w użyciu procedurę wytwarzania elektrycznie sterowanego miękkiego robota o realistycznych ruchach, który jest aktywowany i kontrolowany przez skurcz tkanki mięśnia sercowego na mikrowzorzystym rusztowaniu hydrożelowym przypominającym promieniowanie. Zastosowanie metod miękkiej fotolitografii umożliwia pomyślną integrację wielu komponentów w systemie miękkiego robota, w tym rusztowań na bazie hydrożelu z mikrowzorami z nanorurkami węglowymi (CNT), zatopioną żelatyną, metakryloylem (CNT-GelMA), diakrylanem poli(glikolu etylenowego) (PEGDA), elastycznymi mikroelektrodami złota (Au) oraz tkanką mięśnia sercowego. W szczególności wyrównanie hydrożeli i mikrowzór mają na celu naśladowanie struktury mięśni i chrząstek płaszczki. Przewodzący prąd elektryczny hydrożel CNT-GelMA działa jak rusztowanie komórkowe, które poprawia dojrzewanie i kurczenie się kardiomiocytów, podczas gdy mechanicznie wytrzymały hydrożel PEGDA zapewnia strukturalne wsparcie przypominające chrząstkę całemu miękkiemu robotowi. Aby przezwyciężyć twardą i kruchą naturę mikroelektrod na bazie metalu, zaprojektowaliśmy serpentynowy wzór, który ma wysoką elastyczność i może uniknąć hamowania dynamiki bicia kardiomiocytów. Wbudowane elastyczne mikroelektrody Au zapewniają stymulację elektryczną w całym miękkim robocie, ułatwiając kontrolowanie skurczu tkanki sercowej.

Schemat etapów opracowania bioinspirowanego miękkiego robota z wbudowanymi złocistymi mikroelektrodami (Au) 
Celem projektu miękkiego robota było zbudowanie membrany zdolnej do generowania ruchu pływackiego przy minimalnej złożoności. Struktura musi być w stanie wytrzymać silne, powtarzalne zgięcia w czasie (około 1 Hz) i zachować swój kształt podczas intensywnych uderzeń. Poprzez selektywne fotousieciowanie polimeru za pomocą fotomasek wykonaliśmy hierarchicznie ustrukturyzowane rusztowanie składając...

Rusztowanie inspirowane biologią jest wytwarzane techniką miękkiej fotolitografii przy użyciu mechanicznie wytrzymałych i elektrycznie przewodzących hydrożeli. Hydrożele z mikrowzorem zapewniają kierunkowe wyrównanie komórek kardiomiocytów, co skutkuje dostosowanym kierunkiem uruchamiania. Elastyczne mikroelektrody są również zintegrowane z rusztowaniem, aby zapewnić kontrolę elektryczną dla samoczynnie działającej tkanki serca.

Miękki robot inspirowany biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...

Nasza nowa metoda wytwarzania elektrycznie sterowanego siłownika inspirowanego biologicznie może nie tylko przezwyciężyć ograniczenia istniejącego siłownika biohybrydowego, ale także znacznie zwiększyć wydajność siłownika opartego na komórkach. Korzystając z tej taniej i łatwej w obsłudze techniki, zachowanie aktywacji inspirowanego biologicznie miękkiego robota może być kontrolowane i dostrajane, co prowadzi do stymulacji w czasie rzeczywistym. Nasza nowa metoda może zostać potencjalnie rozszerzona o zastosowanie bezprzewodowego, wszczepialnego, elastycznego urządzenia elektronicznego do regeneracji serca.Metoda ta może również służyć jako nowa platforma do badania lokalnej stymulacji elektrycznej utajonych konstruktów komórkowych. Zacznij od rozpuszczenia 80 miligramów GelMA w czterech mililitrach PBS firmy Dulbecco. Następnie dodaj 20 miligramów wielościennych nanorurek węglowych funkcjonalizowanych kwasem karboksylowym i sonikuj roztwór przez godzinę przy 660 milihercach i 100 watach.Aby stworzyć mikrowzorzysty PEGDA, umieść jedną warstwę komercyjnej przezroczystej taśmy o grubości 50 mikrometrów na jednym szkiełku powlekanym TMSPMA, wlej 15 mikrolitrów 20% roztworu prepolimeru PEGDA na wierzch powlekanego szkiełka podstawowego, a następnie przykryj go złotymi mikroelektrodami. Umieść pierwszą fotomaskę na szkiełku i wystaw całą konstrukcję na działanie 200 watów światła ultrafioletowego o natężeniu 800 miliwatów i odległości ośmiu centymetrów przez 110 sekund. Pod koniec ekspozycji na promieniowanie UV włóż szklane szkiełko do PBS Dulbecco.Dodaj 20 mikrolitrów kropli roztworu prepolimeru GelMA z nanorurek węglowych między przekładkami. Po pięciu do 10 minutach ostrożnie oderwij hydrożel PEGDA z mikrowzorem i złote mikroelektrody od niepowlekanego podłoża szklanego i umieść szkiełko do góry nogami na przekładkach. Przymocuj szkiełko do naczynia za pomocą taśmy klejącej i odwróć cały zespół do góry nogami.Umieść drugą fotomaskę na szkiełku podstawowym i wystaw zespół na działanie światła UV, jak pokazano, przez 200 sekund. Pod koniec ekspozycji przemyć rusztowanie raz świeżym PBS firmy Dulbecco, a drugi raz pożywką do hodowli komórkowych uzupełnioną 10% płodową surowicą bydlęcą. Następnie umieść rusztowanie na świeżym podłożu na nowej szalce Petriego w inkubatorze o temperaturze 37 stopni Celsjusza na noc.Po wyizolowaniu kardiomiocytów z dwudniowych serc noworodków szczurów zgodnie ze standardowymi protokołami, ponownie zawieś komórki w stężeniu 1,95 razy 10 do 6 komórek na mililitr pożywki sercowej i umieść komórki na wyprodukowanym miękkim robocie w kropelkach. Gdy cała powierzchnia urządzenia zostanie pokryta, należy inkubować próbki w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez pięć dni, zastępując supernatant hodowli pięcioma mililitrami świeżej pożywki do hodowli komórkowych uzupełnionej 2% płodową surowicą bydlęcą i 1% L-glutaminą w pierwszym i drugim dniu po wysianiu. Aby ocenić spontaniczne bicie kardiomiocytów na miękkim robocie, począwszy od trzeciego dnia hodowli, umieść robota na stoliku odwróconego mikroskopu optycznego i użyj obiektywu 5X lub 10X i oprogramowania do przechwytywania wideo, aby zobrazować aktywność kardiomiocytów przez 30 sekund przy 20 klatkach na sekundę.Piątego dnia użyj szkiełka zakrywającego, aby delikatnie podnieść membrany na krawędzi. Używając trzycentymetrowego PDMS jako uchwytu, przymocuj dwie elektrody prętowe z włókna węglowego z drutem platynowym do sześciocentymetrowej szalki Petriego wypełnionej pożywką sercową i ostrożnie przenieś miękkiego robota do naczynia. Następnie zastosuj przebieg prostokątny o szerokości impulsu 50 milisekund, wartości przesunięcia prądu stałego wynoszącej zero woltów i szczytowej amplitudzie napięcia od 0,5 do sześciu woltów.Do stymulacji elektrycznej za pomocą złotych mikroelektrod, po wytworzeniu wielowarstwowej konstrukcji, użyj pasty srebrnej, aby przymocować dwa miedziane druty do złotych elektrod przez zewnętrzny kwadratowy port i przykryj pastę cienką warstwą PDMS wstępnie utwardzonego w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez pięć minut. Następnie umieść próbkę na gorącej płycie w temperaturze 45 stopni Celsjusza na pięć godzin, aby w pełni usieciować PDMS. Po wysianiu kardiomiocytów na przewodach podłączonego miękkiego robota, zastosuj bodziec elektryczny fali prostokątnej na drutach miedzianych o wartości przesunięcia prądu stałego wynoszącej jeden wolt, szczytowej amplitudzie napięcia między 1,5 a pięciu woltów i częstotliwościach odpowiednio 0,5, jednego i dwóch herców.Te miękkie roboty zostały zaprojektowane poprzez bionaśladowanie wzorów dwóch różnych zwierząt wodnych, rozgwiazdy i manty. Warstwy GelMA z nanorurkami węglowymi wysiewanymi przez kardiomiocyty wykazywały różne zachowania związane z biciem w zależności od odległości wzorca. Aby zapobiec nieodwracalnemu całkowitemu stoczeniu się miękkiego robota podczas dynamicznego bicia kardiomiocytów, odstępy między hydrożelowymi warstwami nośnymi PEGDA zostały zoptymalizowane do 300 mikrometrów.W tych klatkach uzyskanych z nagrań skurczów można wyraźnie zaobserwować siłownik w kształcie manty, który wygina skrzydła zgodnie z oczekiwaniami, a ogon równoważy konstrukcję poprzez prostowanie, gdy skrzydła mocno zamykają się w środku. Niektóre z membran wykazują ruch obrotowy podczas kurczenia się z powodu niewspółosiowości mikrowzorów nanorurek węglowych GelMA i hydrożeli PEGDA. Tkanka serca na mikrowzorzystych wzorach PEGDA i nanorurek węglowych GelMA może być również wizualizowana za pomocą obrazowania konfokalnego F-aktyny DAPI.Częściowe jednoosiowe wyrównanie sarkomeru i połączone ze sobą struktury sarkomerowe można również zaobserwować na wzorzystych obszarach za pomocą mikroskopii konfokalnej, a także dobrze połączone struktury sarkomerowe tkanek serca znajdujących się bezpośrednio nad mikroelektrodami. Napięcie progowe wzbudzenia jest różne przy różnych częstotliwościach bodźca elektrycznego przez zewnętrzną elektrodę węglową lub drut miedziany połączony ze złotą elektrodą. Proces sieciowania UV PEGDA i mikromodelowania GelMA przy użyciu fotomasek jest ważny dla uzyskania wysokiej jakości złotej mikroelektrody zawierającej wielowarstwowe pokrycie.Bioprinting może być stosowany do wytwarzania hydrożelu z mikrowzorem i elastycznej elektrody. Wykorzystaliśmy biodruk, aby uzyskać geometrycznie dobrze zdefiniowanego miękkiego robota w szybki, niedrogi i wysokowydajny sposób. Nasza metoda może potencjalnie przyczynić się do rozwoju bezprzewodowej stymulacji elektrycznej miękkiego robota poprzez integrację elastycznego urządzenia elektronicznego bezpośrednio z rusztowaniem na bazie hydrożelu.Z nanorurkami węglowymi i rozpuszczalnikami organicznymi należy zawsze obchodzić się wewnątrz okapu, ponieważ włókna nanorurek węglowych mogą przedostać się do płuc, stwarzając ryzyko rozwoju raka.

bioinspired-soft-robot-with-incorporated-microelectrodes

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Origami DNA to potężna metoda wytwarzania precyzyjnych obiektów w nanoskali poprzez programowanie samoorganizacji cząsteczek DNA. Tutaj opisujemy, w jaki sposób origami DNA można wykorzystać do zaprojektowania robota zdolnego do wyczuwania sygnałów biologicznych i reagowania poprzez zmianę kształtu, a następnie przekazywanego do pożądanego efektu.

Projektowanie bioresponsywnego robota z DNA Origami

Przedstawiono podejście do modelowania sieci neuronowych na platformie robotycznej LEGO Mindstorms. Metoda ta stanowi narzędzie symulacyjne do badań neurobiologicznych nad bezkręgowcami zarówno w laboratorium badawczym, jak i w klasie. Technika ta umożliwia badanie zasad biomimetycznego sterowania robotem.

Projektowanie i implementacja symulacji układu nerwowego na robotach LEGO

Opracowaliśmy zautomatyzowaną platformę do hodowli komórek i przesłuchań do eksperymentów stymulacji komórek na mikroskalę.  Platforma oferuje prostą, wszechstronną i precyzyjną kontrolę w hodowli i stymulacji małych populacji komórek oraz odzyskiwaniu lizatów do analiz molekularnych.  Platforma doskonale nadaje się do badań, w których wykorzystuje się cenne komórki i/lub odczynniki.

Wszechstronna, zautomatyzowana platforma do eksperymentów ze stymulacją komórek w mikroskali

W tym artykule przedstawiono eksperymentalny framework do przeprowadzania eksperymentów w pętli zamkniętej, w którym przetwarzanie informacji (tj. kodowanie i dekodowanie) oraz uczenie się zespołów neuronalnych są badane podczas ciągłej interakcji z ciałem robota.

Eksperymenty neurorobotyczne w pętli zamkniętej w celu przetestowania właściwości obliczeniowych sieci neuronowych

W tym dwuczęściowym badaniu, biologiczny siłownik został opracowany przy użyciu wysoce elastycznych wsporników polidimetylosiloksanu (PDMS) i żywych komórek mięśniowych (kardiomiocytów) i scharakteryzowany. Aktywator biologiczny został połączony z podstawą wykonaną ze zmodyfikowanych materiałów PDMS w celu zbudowania samostabilizującego się, pływającego biorobota.

Siłownik oparty na komórkach mięśnia sercowego i samostabilizujący się biorobot - CZĘŚĆ 1

W tym badaniu, biologiczny aktywator i samostabilizujący się, pływający biorobot z funkcjonalizowanymi elastomerowymi ramionami wspornikowymi są obsiewane kardiomiocytami, hodowane i charakteryzowane pod kątem ich biochemicznych i biomechanicznych właściwości w czasie.

Siłownik oparty na komórkach mięśnia sercowego i samostabilizujący się biorobot - część 2

Tutaj prezentujemy protokół, który charakteryzuje poczucie sprawczości rozwinięte nad kontrolą zmysłowych wirtualnych lub robotycznych protez rąk. Kwestionariusze psychofizyczne są stosowane w celu uchwycenia wyraźnego doświadczenia sprawczości, a oszacowania przedziałów czasowych (celowe wiązanie) są stosowane do niejawnego pomiaru poczucia sprawczości.

Charakterystyka poczucia sprawczości nad działaniami protez sterowanych interfejsem neuron-maszyna

Wykazaliśmy, że wytrawianie nano-architektury w wewnątrzkorowych urządzeniach mikroelektrodowych może zmniejszyć reakcję zapalną i ma potencjał do poprawy zapisów elektrofizjologicznych. Opisane w niniejszym dokumencie metody nakreślają podejście do wytrawiania nanoarchitektur na powierzchni niefunkcjonalnych i funkcjonalnych mikroelektrod krzemowych z pojedynczym trzpieniem wewnątrzkorowym.

Litografia z użyciem skupionej wiązki jonów do wytrawiania nanoarchitektur w mikroelektrodach

Ten protokół demonstruje użycie platformy robotycznej do mikroiniekcji do pojedynczych nerwowych komórek macierzystych i neuronów w wycinkach mózgu. Technika ta jest wszechstronna i oferuje metodę śledzenia komórek w tkance z wysoką rozdzielczością przestrzenną.

Manipulacja pojedynczymi neuronalnymi komórkami macierzystymi i neuronami w wycinkach mózgu za pomocą mikroiniekcji robotycznej

Prezentujemy metodę elastycznej chemicznej i multimodalnej stymulacji oraz rejestrowania jednoczesnej aktywności neuronalnej wielu robaków Caenorhabditis elegans. Metoda ta wykorzystuje mikrofluidykę, sprzęt i oprogramowanie typu open source oraz nadzorowaną automatyczną analizę danych, aby umożliwić pomiar zjawisk neuronalnych, takich jak adaptacja, hamowanie czasowe i przesłuchy bodźców.

Zautomatyzowana stymulacja multimodalna i jednoczesna rejestracja neuronów z wielu małych organizmów

Poznaj metodę wytwarzania miękkich robotów inspirowanych biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami do sterowania elektrycznego. Technika ta wykorzystuje hydrogel i nanorurki węglowe do precyzyjnej stymulacji komórek mięśnia sercowego.

Miękki robot inspirowany biologicznie z wbudowanymi mikroelektrodami

Przeglądaj więcej filmów