Bu iki bölümlü çalışmada, biyolojik aktüatör, son derece esnek polidimetilsiloksan (PDMS) konsollar ve canlı kas hücreleri (kardiyomiyosit) kullanılarak geliştirildi ve karakterize edildi. Biyolojik harekete geçirici, kendinden dengelenen, yüzme biorobotu oluşturmak için değiştirilmiş PDMS malzemelerinden yapılmış bir tabana dahil edildi.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1
* These authors contributed equally
Bu makalede
Özet
Özet
Genellikle biorobot olarak adlandırılan biyolojik makineler, yalnızca yaşayan bileşenlerin kasılma aktivitesi ile güçlendirilen canlı hücre veya doku tabanlı cihazlardır. Doğal avantajları nedeniyle biorobotlar, geleneksel tamamen yapay robotlara alternatif olarak ilgi görüyor. Çeşitli çalışmalar, biyolojik aktuatörlerin gücünden yararlanmaya odaklanmıştır, ancak yakın zamanda yapılan çalışmalar biorobotların performansını nicel olarak karakterize etmiş ve geometrilerini fonksiyonellik ve verimliliği artırmak için incelemiştir. Burada, dış etkileşime girmeden ziftini, derinliğini ve rulosunu koruyabilen kendinden dengeli bir yüzme biorobotunun gelişimini gösteriyoruz. Biyolojik aktüatör ve biorobot için PDMS iskeletinin tasarımı ve imalatı, ardından fibronektin ile işlevselleştirme bu ilk bölümde anlatılmıştır. Bu iki bölümlü makalenin ikinci bölümünde, kardiyomiyositlerin dahil edilmesini ve biyolojik aktiviteyi karakterize ederizAtor ve biorobot işlevi. Her ikisi de kanat tabanlı tahrik üreten bir taban ve kuyruk (konsol) içerir. Kuyruk PDMS ve lazer oyma kullanarak yumuşak litografi teknikleri ile oluşturulmuştur. Kuyruğu cihaz tabanı ile birleştirdikten sonra, bir hücre yapışkan proteini ile işlevselleştirilir ve kardiyomiyositlerle konfluent olarak tohumlanır. Biyolojik harekete geçiricinin tabanı, merkezi bir cam boncuklu (ağırlığı görevi gören) katı bir PDMS bloğundan oluşur. Biorobotun tabanı, iki kompozit PDMS materyalinden, Ni-PDMS'den ve mikro-balon-PDMS'den (MB-PDMS) oluşur. Nikel tozu (Ni-PDMS'de), hücrelerin tohumlanması esnasında biorobotun manyetik olarak kontrol edilmesini ve lokomotion sırasında stabilite sağlar. Microballoons (MB-PDMS'de), MB-PDMS yoğunluğunu azaltır ve biorobot'u yüzer ve yüzmeyi istikrarlı bir şekilde sağlar. Bu iki maddenin farklı kütle yoğunluklarıyla kullanılması, biorobotun herhangi bir açıda olumlu bir restorasyon kuvveti sağlamak için ağırlık dağılımı üzerinde hassas kontrolü mümkün kıldı. Bu teknikManyetik olarak kontrol edilen kendi kendini stabilize eden yüzme biorobotu üretir.
Giriş
Biyolojik aktüatörler ve biorobotlar, sayısız uygulama için klasik robotiklere bir alternatif sağlamak için aktif olarak çalışılmaktadır. 5 , 6 , 7 , 8 , yüzme 1 , 2 , 3 , 4 , pompa 9 , 10 veya sap 11 , 12 , 13 yürüten biorobotlar Zaten geliştirildi. ....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. PDMS ve Katkı Maddelerinin Kütlesini Hesapla
- Aşağıdaki yordamı, aşağıdaki yordamlarda belirli yükseklikler için gereken PDMS kütlesini bulmak için kullanın;
M = ρ * V = ρ * Yükseklik * Alan (1),
Burada 'Yükseklik' katmanın yüksekliğidir, 'Alan' PDMS'nin iyileştirileceği bir kabın alanıdır, 'ρ' karışımın yoğunluğudur ve 'V' hacmidir.
NOT: Yükseklik hesaplamaları yoğunlukları PDMS = 0.965 g / mL, Ni-PDMS = 1.639 g / mL, MB-PDMS = 0.648 g / mL'dir. - Belirli bir kap için biyolojik aktüatör tabanına özgü bir yüksekliği (5 mm) elde etmek için gereken PDMS kütlesini tahmin etmek için denklem....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Biyolojik aktüatör ve biorobot, biyolojik aktüatörün doğal bir uzantısı olan biorobot'la ( Şekil 1 ) çok benzer üretim proseslerine sahiptir. Biyolojik aktüatör, biorobot için gerekli teknikleri oluşturmak, hücreler tarafından üretilen kuvveti analiz etmek ve hücrenin olgunlaşmasını mekanik ve biyokimyasal olarak karakterize etmek için önce geliştirildi; her ikisi de bu iki bölümlü makalenin 2. Bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmıştır Son zamanlarda yayınlanan çalışm.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Çeşitli yüzme mekanizmaları, sudaki yüzücüler arasında görülebilir 16 . Bu çalışmada biorobotun hareket mekanizması yüzgeç-tabanlı hareket, özellikle ostra sklerom hareket kullanmaktadır. Ostra skilli yüzücüler, bir kuyruk (konsol) sallayıp katı bir gövdeye (katmanlı taban) sahip olarak kendilerini zorlarlar 16 . Boxfish ve cowfish gibi balıklar bu lokomotion türlerini kullanırlar. Ostra skilli yüzücüler genellikle yavaştır ve verimsiz vücut boyutlarına sahiptir. Ostra ski.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların ifşa edecekleri bir şeyleri yok
Teşekkürler
MT Holley, Regents Louisiana Board of Graduate Fellows programı tarafından desteklenmekte ve C. Danielson, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Profesör Programı tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma NSF Grant No: 1530884 tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, İleri Mikro Yapı ve Cihazlar Merkezi'ndeki (CAMD) temiz oda desteğine teşekkür etmek istemektedirler.
....Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Polidimetilsiloksan (PDMS) | Dow Corning | 184 sil elast kiti ve nbsp; 0.5kg | Sylgard 184 |
| Nikel Tozu | Sigma-Aldrich | 266981-100G | |
| Fenolik mikrobalonlar | ABD Kompozitleri | BJO-0930 | |
| Silikon gofretler | 4 inç çapında | ||
| PWM101 hafif hizmet tipi döndürücü | Spin-coater | ||
| Pozitif fotorezist (S1808) | Dow Corning | DEM-10018197 | |
| Ocak Gözü | |||
| Vakum odası | |||
| M206 mekanik konveksiyonlu fırın | Konveksiyonlu fırın | ||
| Lazer gravür makinesi Evrensel | Lazer Sistemi | VLS2.30 | 10 W, 10.6 & kullanır; m dalga boyu, CO2 Lazer |
| Üniversal Lazer Sistemleri Uygulaması | VLS 2.30 | ||
| Ölçek | Mettler Toledo | EL303 | |
| BD-20AC Laboratuvar Korona İşlemci | Elektroteknik Ürünler | 12051A | Korona Deşarj |
| Ultrasonik Banyo 1.9 L | Fisher Scientific | 15-337-402 | 40 kHz endüstriyel dönüştürücü |
| Sığır plazmasından Fibronektin | Sigma-Aldrich | F1141 | |
| Dulbecco' s Fosfat Tamponu (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408-100ML | |
| Dulbecco' s Modifiye Eagle Medium (DMEM) | Hyclone Laboratories | 16750-074 | 4500 mg / L glikoz, 4.0 mM L-glutamin ve 110 mg / L sodyum piruvat ile. |
| Fetalklon III serum | Hyclone Industries, GE | 16777-240 | Fetal sığır serumu |
| Penisilin-G sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | P3032 |
Kaynaklar
- Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number. Nat commun. 5, (2014).
- Nawroth, J., et al. A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion. Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).
- Huge ....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
