Прибор на основе карциномы на мышечной клетке и самостабилизационный биоробот - ЧАСТЬ 1

Общая цель этого видео — описать, как разработать и охарактеризовать биологический актуатор с использованием гибких консолей PDMS в кардиомиоцитах. Затем эти приводы объединяются с модифицированным основанием, образуя самостабилизирующегося плавательного биоробота. Описанный здесь метод верификации уникален, при этом механическая структура основания модифицируется для формирования самостабилизирующегося плавательного биоробота, положение которого также может быть определено снаружи с помощью магнитов.

Основное преимущество этой методики заключается в том, что базовые свойства могут быть легко изменены для настройки плавучести устройства и для самостабилизации. Этот метод может быть применен для разработки других новых устройств, которые потребуют самостабилизации и флотации. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности, потому что механическая деформация консолей является сложной задачей.

Из-за своего небольшого размера они могут быть легко порваны или застрять в необычных формах. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как шаги и сборку трудно освоить без наглядных пособий. Для начала поместите кремниевую пластину на спиннер фоторезиста.

Добавьте тонкий фоторезист на пластину и отжимайте слой при 2 000 об/мин в течение 20 секунд, чтобы получить целевую толщину 1,2 микрометра. Затем с помощью вафельного пинцета перенесите покрытую пластину на горячую плиту, предварительно нагретую до 120 градусов Цельсия. Накройте неглубокой чашкой Петри и выпекайте 10 минут.

Отвесьте шесть граммов основы PDMS и соедините ее с 0,6 граммами отвердителя PDMS. Тщательно перемешайте компоненты PDMS в течение пяти минут. Поместите смесь PDMS в вакуумную камеру и вытягивайте вакуум 100 миллибар в течение 30 минут.

Когда закончите, разбейте пылесос и снимите контейнер. Держите контейнер накрытым до тех пор, пока не понадобится PDMS. Как только пластина остынет, поместите ее обратно на спиннер фоторезиста.

Медленно вылейте всю дегазированную смесь PDMS на пластину, чтобы не было новых пузырьков. Затем отжимайте облатку со скоростью 1 200 об/мин в течение пяти минут. С помощью вафельного пинцета извлеките из отжимного аппарата и поместите ее в предварительно разогретую духовку.

Выпекайте в течение ночи, а затем охладите до комнатной температуры. Далее подготовьте лазерный гравер для нанесения рисунка на тонкую пленку слоя PDMS. Начните с включения лазерного гравера и его выхлопной системы.

Затем включите компьютер, подключенный к лазерному граверу, и откройте программное обеспечение лазерного гравера. В разделе «Файл» откройте файл проекта биологического привода. Нажмите кнопку «Настройки», нажмите на синий и измените настройку мощности на 3% и скорость на 4%Нажмите «Установить», нажмите на «Красный» и измените режим на «Пропустить».

Затем нажмите «Установить». Проделайте то же самое для черных. Нажмите кнопку «Применить», чтобы завершить настройку.

Затем выберите «Активировать гравер». Затем нажмите «Переместить», чтобы переместить дизайн в центр экрана. Затем нажмите кнопку Focus View и нажмите на край конструкции, чтобы переместить направляющую лазерную точку в соответствующую точку.

Аккуратно совместите пластину с направляющей лазерной точкой с помощью рук в перчатках. После выравнивания выберите «Начать гравировку предыдущего задания», чтобы начать процесс гравировки. Для того чтобы изготовить основание биологического привода, необходима емкость для выпечки.

Сначала поместите контейнер на весы и обнулите весы. Затем залейте предварительно смешанные бусины PDMS и поместите очищенные стеклянные шарики диаметром 3 мм на смесь PDMS через равные промежутки времени. Оставьте не менее 5 миллиметров пространства вокруг каждой бусины для основания биологического привода.

Поместите контейнер в вакуумную камеру, уменьшите вакуум до 100 миллибар и выключите вакуумный насос. Через 30 минут разбейте вакуум и снимите контейнер. Держите контейнер накрытым до тех пор, пока он не понадобится.

Далее нагрейте конфорку до 40 градусов Цельсия и аккуратно поместите емкость с ПДМС со стеклянными шариками на конфорку. Накройте емкость крышкой и запекайте ее в течение ночи. После охлаждения используйте лезвие бритвы, чтобы вырезать 5-миллиметровые кубики из объемного PDMS так, чтобы каждый куб содержал одну стеклянную бусину в центре.

Затем окуните кончик иглы в свежеприготовленную жидкость PDMS и поместите каплю PDMS на выгравированное основание пластины. Размажьте каплю так, чтобы она полностью покрывала площадь основания 5 на 5 миллиметров. Наконец, с помощью пинцета поместите куб со стеклянной бусиной на область основания, покрытую жидким PDMS.

Повторите этот процесс для каждого устройства. Когда закончите, переложите на конфорку с температурой 40 градусов Цельсия и накройте крышкой, чтобы выпекать на ночь. С помощью острого пинцета отсоедините консоль от клеевой пластины и прикрепите ее к боковой стенке основания.

Затем аккуратно отсоедините всю сборку от пластины, потянув за основание. Для начала повторите процесс изготовления, используемый для биологических приводов, на этапе лазерной гравировки. Однако для изготовления биороботов используйте конструкцию биоробота во время лазерной резки.

Затем приготовьте микробаллонную смесь PDMS и смесь никелевого порошка PDMS, как описано в сопроводительном текстовом протоколе. Аккуратно разлейте растворы по отдельным емкостям с помощью весов. Поместите обе емкости в вакуумную камеру и уменьшите ее давление до 100 миллибар на 30 минут.

После дегазации поместите контейнеры на горячую плиту при температуре 40 градусов Цельсия на ночь. Используйте лезвие бритвы, чтобы вырезать основания биоробота из каждого из полимеров с размерами, соответствующими размеру каждого биоробота, как показано здесь. Поместите никелевое основание PDMS на металлическую пластину с чистой комнатной салфеткой между ними.

Затем включите коронный разрядник и поднесите наконечник разрядника на 1 сантиметр выше оснований. Перемещайте наконечник вокруг основания в течение 15 секунд, чтобы обработать поверхность. Повторите этот процесс для обработки поверхности оснований с лазерной гравировкой, в течение той же продолжительности.

Затем с помощью пинцета поместите обработанную никелем PDMS сторону на обработанную сторону пленки. Дайте устройству постоять пять минут, пока детали соединяются друг с другом. Затем с помощью острого пинцета отсоедините биороботизированный кантилевер от пластины и поместите его на дно никелевого основания PDMS.

Затем извлеките всю сборку из пластины. Чтобы прикрепить микробаллон PDMS к узлу, сначала поместите на него небольшую каплю неотвержденного PDMS. Затем с помощью пинцета поместите сторону никелевого PDMS с тонкой пленкой PDMS на каплю неотвержденного PDMS.

Поместите всю сборку в пластиковую чашку Петри, а затем поместите ее на конфорку при температуре 40 градусов Цельсия для затвердевания на ночь. Чтобы подготовить устройства для посева клеток, сначала поместите 100 микролитров раствора фибронектина в центр отдельной колбы для культуры Т25 для каждого устройства. Затем поместите биоробота или биологический привод лицевой стороной вниз над каплей раствора фибронектина.

Убедитесь, что консоль развернута и погружена в каплю, а затем инкубируйте колбу при температуре 37 градусов Цельсия в течение 30 минут. После инкубации удалите раствор Фибронектина и дважды промойте устройства PBS. Затем снимите PBS и наполните колбу 10 миллилитрами DMEM с добавлением 10% FBS и 1% пенициллина.

Инкубируйте устройство при температуре 37 градусов Цельсия в течение одного часа, чтобы дегазировать PDMS. Затем с помощью магнита удерживайте биоробота на дне колбы и поместите колбу с образцами в ультразвуковую ванну на пять минут, чтобы удалить любые пузырьки. Чтобы определить правильную толщину каждого композитного слоя, были протестированы различные соотношения смешивания никеля и микрошариков в PDMS.

Слой никеля PDMS обеспечивает магнитное управление и стабильность робота. Кроме того, микробаллонный слой PDMS позволяет биороботу плавать и плавать устойчиво. Комбинация двух слоев создает самостабилизирующийся каркас биоробота.

С помощью компьютерного скрипта был проведен численный анализ устойчивости и доказано, что она обладает сильным восстанавливающим моментом с помощью этого двухслойного метода. Важно помнить о том, что консоль должна быть чистой на протяжении всей этой процедуры, а также поддерживать правильное соотношение смеси PDMS и толщины консоли. После просмотра этого видео вы должны понять, как эластомерные материалы могут быть сформированы в тонкий кантилевер для поддержки кардиомиоцитов и как они могут быть модифицированы для достижения новых свойств, таких как плавучесть или магнетизм для расширенных функциональных возможностей.

Эта процедура верификации может быть изменена путем включения других методов, таких как построение шаблонов для выравнивания кубов, чтобы способствовать ориентации клеток и увеличению четвертого поколения. Не забывайте, что работа с лазерными граверами может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как ношение соответствующей защитной одежды и очков.