Биовдохновленный мягкий робот с инкорпорированными микроэлектродами

Ting Wang; Bianca Migliori; Beatrice Miccoli; Su Ryon Shin

doi:10.3791/60717

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Биовдохновленный мягкий робот с инкорпорированными микроэлектродами

8.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/60717

⸱

28 февраля 2020 г.

Ting Wang¹^,² , Bianca Migliori¹^,³ , Beatrice Miccoli¹^,⁴ , Su Ryon Shin¹

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

В этой статье

Краткое содержание

Биовдохновленный эшафот изготовлен с помощью мягкой фотолитографии с использованием механически надежных и электрически проводящих гидрогелей. Гидрогели микрошаблона обеспечивают направленное выравнивание клеток кардиомиоцитов, что приводит к индивидуальному направлению привода. Гибкие микроэлектроды также интегрированы в эшафот, чтобы принести электрическую управляемость для самоактивации сердечной ткани.

Аннотация

Биовдохновленные мягкие роботизированные системы, имитирующие живые организмы с помощью инженерных мышечной ткани и биоматериалов, революционизируют нынешнюю парадигму биороботов, особенно в биомедицинских исследованиях. Воссоздание искусственной динамики активации, подобной жизни, имеет решающее значение для мягкой роботизированной системы. Однако точный контроль и настройка поведения активации по-прежнему представляет собой одну из главных задач современных мягких роботизированных систем. Этот метод описывает недорогие, высокомасштабируемые и простые в использовании процедуры для изготовления электрически управляемого мягкого робота с жизнеобразными движениями, которые активируются и контролируются сокращением сердечной мышечной ткани на микрошаблонированном жале лучоподобный гидрогелев. Использование мягких методов фотолитографии позволяет успешно интегрировать несколько компонентов в мягкую роботизированную систему, в ключая микрошаблонизированные гидрогельные леса с углеродными нанотрубками (CNT) встроенными желатиновым метакрилоломом (CNT-GelMA), поли (этиленгликоль) диакрилат (PEGDA), гибкие золотые (Au) микроэлектроды и сердечная мышечная ткань. В частности, выравнивание гидрогелей и микрошаблон предназначены для имитации структуры мышц и хряща луча жала. Электрически проводящий гидрогель CNT-GelMA действует как клеточная эшафот, которая улучшает созревание и сжатие поведения кардиомиоцитов, в то время как механически надежный гидрогель PEGDA обеспечивает структурную хрящевую поддержку всего мягкого робота. Чтобы преодолеть жесткий и хрупкий характер микроэлектродов на основе металла, мы разработали серпантин шаблон, который имеет высокую гибкость и может избежать препятствуя избиение динамики кардиомиоцитов. Включенные гибкие микроэлектроды Au обеспечивают электрическую стимуляцию через мягкого робота, что облегчает управление поведением сокращения сердечной ткани.

Введение

Современные современные мягкие роботы могут имитировать иерархические структуры и мышечную динамику многих живых организмов, таких как медузы^1,^2,жало луч^2,осьминог³, бактерии^4,и сперма⁵. Имитация динамики и архитектуры природных систем обеспечивает более высокие показатели как с точки зрения энергетической, так и структурной эффективности⁶. Это внутренне связано с мягкой природой натуральных тканей (например, кожи или мышечной ткани с модулем молодых между 10⁴10⁹ Па), ко....