Method Article

Anonim Mikroelektrotlu Bioinspired Yumuşak Robot

DOI:

10.3791/60717

February 28th, 2020

In This Article

Summary

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

Biyoilham iskelesi, mekanik olarak sağlam ve elektriksel iletken hidrojeller kullanılarak yumuşak bir fotolitografi tekniği ile imal edilir. Mikro desenli hidrojeller yönlü kardiyomiyosit hücre hizalama sağlar, aktüasyon özel bir yönde sonuçlanan. Esnek mikroelektrotlar da kendi kendini harekete geçiren bir kardiyak doku için elektrik kontrol edilebilirlik getirmek için iskele entegre edilmiştir.

Abstract

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

Mühendislik kas dokusu ve biyomalzemeler kullanarak canlı organizmaları taklit biyoilham yumuşak robotik sistemleri, özellikle biyomedikal araştırmalarda, mevcut biyorobotik paradigma devrim vardır. Yapay yaşam benzeri aktüasyon dinamiklerini yeniden yaratmak yumuşak robotik bir sistem için çok önemlidir. Ancak, aktüasyon davranışının hassas kontrolü ve atoması hala modern yumuşak robot sistemlerinin en önemli sorunlarından birini temsil etmektedir. Bu yöntem, mikro desenli bir iğne üzerinde kardiyak kas dokusunun kasılması ile aktive ve kontrol yaşam benzeri hareketleri ile elektrikle kontrol edilebilir yumuşak bir robot imal etmek için düşük maliyetli, yüksek ölçeklenebilir ve kullanımı kolay bir prosedür açıklar Ray benzeri hidrojel iskele. Yumuşak fotolitografi yöntemlerinin kullanılması, karbon nanotüpler (CNTs) gömülü jelatin metakril (CNT-GelMA) ile mikro desenli hidrojel bazlı iskeleler de dahil olmak üzere, yumuşak robotik sisteme birden fazla bileşenin başarılı bir şekilde entegre edilmesimümkün kılmaktadır. poli (etilen glikol) diacrylate (PEGDA), esnek altın (Au) mikroelektrotlar ve kardiyak kas dokusu. Özellikle, hydrogels hizalama ve mikro desen sting Ray kas ve kıkırdak yapısını taklit etmek için tasarlanmıştır. Elektriksel iletken CNT-GelMA hidrojel, kardiyomiyositlerin olgunlaşma ve daralma davranışını iyileştiren bir hücre iskelesi görevi görürken, mekanik olarak sağlam PEGDA hidrojeli tüm yumuşak robota yapısal kıkırdak benzeri destek sağlar. Metal bazlı mikroelektrotların sert ve kırılgan doğasını aşmak için, yüksek esnekliğe sahip ve kardiyomiyositlerin dayak dinamiklerini engellemeyi önleyebilen serpantin bir desen tasarladık. Dahil esnek Au mikroelektrotlar yumuşak robot genelinde elektriksel stimülasyon sağlamak, daha kolay kardiyak doku daralma davranışını kontrol etmek için yapım.

Introduction

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

Modern state-of-the-art yumuşak robotlar denizanası1gibi birçok canlı organizmaların hiyerarşik yapıları ve kas dinamikleri taklitedebilirsiniz,2, sting Ray2, ahtapot3, bakteri4, ve sperm5. Doğal sistemlerin dinamiklerini ve mimarisini taklit etmek hem enerjik hem de yapısal verimlilik açısından daha yüksek performans lar sunar6. Bu doğal dokunun yumuşak doğası ile doğal doğa ile ilgili (örneğin, 104-109 Pa arasında bir Young modülü ile deri veya kas dokusu) hangi özgürlük ve üstün deformasyon ve adaptasyon daha yüksek derecelerde sağlar standart mühendislik aktüatörler ile karşılaştırıldığında (örneğin, bir Genç modülü genellikle arasında 109−1012 Pa)6. Kardiyak kas tabanlı yumuşak aktüatörler, özellikle, mekanik tabanlı robotik sistem 7 ile karşılaştırıldığında kendi kendini harekete geçirerek yanı sıra otoonarım ve rejenerasyon için potansiyelleri nedeniyle üstün enerji verimliliği göstermek7. Ancak, yumuşak robotların imalatı, farklı fiziksel, biyolojik ve mekanik özelliklerle farklı bileşenlerin tek bir sisteme entegre edilmesi gereği nedeniyle zordur. Örneğin, tasarlanmış sentetik sistemlerin sadece yapısal destek sağlamakla kalmaması, aynı zamanda aktüasyon davranışlarını etkilemesi ve modüle etmesi yle birlikte, yaşayan biyolojik sistemlerle entegre edilmelidir. Buna ek olarak, birçok mikroüretim yöntemi, herhangi bir canlı bileşenin canlılığını ve işlevini azaltan sert/sitotoksik prosesler ve kimyasallar gerektirir. Bu nedenle, yumuşak robotların işlevselliğini geliştirmek ve davranışlarını kontrol etmek ve modüle etmek için yeni yaklaşımlar gereklidir.

İyi bir canlılık la yaşayan bileşenleri başarılı bir şekilde entegre etmek için, hidrojel bazlı iskele yumuşak bir robot un gövdesini oluşturmak için mükemmel bir malzemedir. Bir hidrojel fiziksel ve mekanik özellikleri kolayca kas dokuları gibi yaşayan bileşenler için mikroortamlar oluşturmak için ayarlanabilir8,9. Ayrıca, kolayca yüksek sadakat 1,2,10ile hiyerarşik yapılarınoluşturulması ile sonuçlanan, çeşitli mikroüretim teknikleri benimseyebilir. Esnek elektronik cihazlar, elektrikli stimülasyon ile davranışını kontrol etmek için yumuşak robot içine dahil edilebilir. Örneğin, Elektrojenik hücreleri (örneğin, kardiyomiyositler) oluşturmak için optogenetik teknikler, ışığa bağlı elektrofizyolojik aktivasyon gösteren, bir polidimethylsiloxane geliştirmek için kullanılmıştır (PDMS)-tabanlı yumuşak robotik sting ışını invitrobalık undulatory hareketini yeniden başardı 2 . Optogenetik teknikler mükemmel kontrol edilebilirlik göstermiş olsa da, sunulan çalışma geleneksel ve geleneksel bir simülasyon yöntemi olan elektriksel stimülasyon uyguluyor. Bunun nedeni, esnek mikroelektrotlar ile elektriksel stimülasyonun optogenetik tekniklere göre kolay ve basit olmasıdır, bu da kapsamlı gelişim süreçleri gerektiren11. Esnek elektronik cihazların kullanımı uzun vadeli stimülasyon ve standart / basit üretim süreçlerinin yanı sıra tasnif biyouyumluluk ve fiziksel ve mekanik özellikleri12,13için izin verebilir.

Burada, tasarlanmış kardiyak kas dokusunun dövülmesiyle harekete geçen ve gömülü esnek Au mikroelektrotlar aracılığıyla elektriksel uyarılma ile kontrol edilen, biyoilham lı yumuşak bir robot imal etmek için yenilikçi bir yöntem salıyoruz. Yumuşak robot, batma ışınının kas ve kıkırdak yapısını taklit etmek üzere tasarlanmıştır. Sting ışını, diğer yüzme türlerine göre yapısı ve hareketini taklit etmesi nispeten kolay olan bir organizmadır. Kaslar in vitro bir elektrikiletken hidrojel mikrodesen kardiyomiyosit tohumlama tarafından yeniden oluşturulur. Daha önce bildirildiği gibi, GelMA hidrojel CNT gibi elektriksel iletken nano tanecikleri birleştiren sadece kardiyak doku elektriksel kaplin geliştirir, ama aynı zamanda mükemmel bir in vitro doku mimarisi vedüzenlemeneden 8,9. Kıkırdak eklemleri daha sonra tüm sistemin mekanik olarak sağlam substratı gibi davranan mekanik olarak sağlam PEGDA hidrojel deseni kullanılarak taklit edilir. Serpantin desenli esnek Au mikroelektrotlar, kardiyak dokuyu lokal ve elektriksel olarak uyarmak için PEGDA desenine gömülür.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'ndaki tavsiyelere uygun olarak yürütülmüştür. Protokol, Brigham ve Kadın Hastanesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylandı.

1. GelMA sentezi

  1. 50 °C'de manyetik karıştırıcı kullanarak Dulbecco'nun fosfat tamponlu salininin (DPBS) 100 mL'sinde 10 g jelatini çözün.
  2. Jelatin prepolimer çözeltisini 50 °C'de 2 saat boyunca karıştırırken 8 mL metakrilik anhidrit ekleyin.
  3. Seyreltilmiş çözeltiyi diyaliz membranlarına aktarın (molekül ağırlığı kesme = 12-14 kDa) ve deiyonize (DI) suya yerleştirin. Yaklaşık 1 hafta boyunca 40 °C'de diyaliz yapın.
  4. Ara diyalizli GelMA prepolimer çözeltisini steril bir filtre (gözenek boyutu = 0,22 m) kullanarak filtreleyin ve çözeltinin 25 veya 30 mL'sini 50 mL tüplere aktarın ve -80 °C'de 2 gün saklayın.
  5. Dondurulmuş GelMA prepolimer çözeltisini 5 gün boyunca bir dondurucu kurutma makinesi kullanarak kurutun.

2. Poli (etilen glikol) diacrylate (PEGDA) prepolimer çözeltisinin hazırlanması

  1. PEGDA'nın 200 mg 'ı (toplam çözeltinin %20'si) (MW = 1,000) 5 mg (toplam çözeltinin %0,5'i) 2-hidroksi-4-(2-hidroksitoksi)-2-mpropetiliophenone (foto-initiator, PI) 1 mL DPBS'de çözün.
  2. Prepolimer çözeltiyi 80 °C'de 5 dk kuluçkaya yatırın.

3. GelMA kaplamalı CNT dağınık stok çözeltisinin hazırlanması

  1. DPBS 4 mL'de 80 mg GelMA (biyosürfaj olarak kullanılan) çözünve sonra GelMA prepolimer çözeltisine 20 mg COOH fonksiyonel multiduvarlı karbon nanotüpleri (MWCNTs) ekleyin.
  2. 1 saat (0.66Hz, 100 Watt) için MWCNT yüklü GelMA prepolimer çözeltisi sonicate.
    NOT: Sonication işlemi sırasında çözelti sıcaklık artışı nedeniyle çözücü buharlaşmasını önlemek için ~ 15 °C bir su banyosunda batırılmalıdır.

4. %5 GelMA prepolimer solüsyonu içeren 1 mg/mL CNT hazırlanması

  1. 50 mg GelMA ve 5 mg (toplam çözeltinin %0,5'i) PI'yi 0,8 mL DPBS'de 80 °C'de 10 dakika çözün.
  2. Hazırlanan CNT stok çözeltisinin 0,2 mL'sini ekleyin (adım 3). Girdap ve 10 dakika boyunca 80 °C'de çözelti kuluçka.

5. 3-(trimethoxysilyl)propil metakrilat (TMSPMA) kaplı cam slayt hazırlanması

  1. Cam slaytları (kalınlık = 1 mm, boyut = 5,08 cm x 7,62 cm) saf etanolle yıkayın.
  2. Temizlenmiş slaytları dikey olarak 250 mL'lik bir kabın üzerine yıkayın ve 3 mL TMSPMA'yı şırınga kullanarak üzerlerine yayın. TMSPMA buharlaşmasını önlemek için alüminyum folyo ile kaplayın.
  3. Slaytları 80 °C'lik fırında 1 gün kuluçkaya yatırın.
  4. Saf etanol içine daldırma tarafından kaplanmış cam slaytlar yıkayın, sonra kuru.
  5. Alüminyum folyoya sarılmış kaplamalı cam slaytları oda sıcaklığında (RT) saklayın.
    NOT: TMSPMA kaplamalı cam kaydırakların yüzeylerine dokunmayı en aza indirmeye çalışın.

6. Esnek Au mikroelektrotların imalatı

  1. Bilgisayar destekli tasarımı kullanarak bir gölge maskesi tasarla(Ek Dosya 3).
  2. Uydurmak ve bir gölge maskesi satın.
  3. Cam kaydırağı (kalınlık = 1 mm, boyut = 3 cm x 4 cm) aseton ve basınçlı hava tabancası ile kurulayın.
  4. Gölge maskesini çift taraflı bant kullanarak cam yüzeylere takın, ardından e-ışın buharlaştırıcıya koyun ve oda basıncı en az 10-6 Torr'a ulaşana kadar bekleyin.
    NOT: İki bant parçası, camı barındıracak kadar kısa ve tüm deseni sığdıracak kadar büyük bir mesafede destek üzerine elle yerleştirildi. Bu adım yaklaşık 45-60 dakika sürer.
  5. E-ışın evaporatör (örneğin, Denton EE-4, vakum = 10-6 Torr, güç = 2.6%, oran = 2 Å/ s) tarafından 200 nm kalınlığında Au tabakası deteve bir dikit testere makinesi (elektrot boyutu = 7,38 mm x 8,9 mm x 200 nm) kullanarak imal mikroelektrotları kesin.

7. Au mikroelektrot entegre mikro desenli çok katmanlı hidrojel iskele imalatı

NOT: Bu işlemin sonucu, mikro desenli PEGDA hidrojelinin alt tabakada olduğu, mikro desenli CNT-GelMA hidrojelinin üstte olduğu ve Au mikroelektrotların iki tabaka arasında olduğu bir membrandır. Bu konfigürasyon elektrot için daha iyi bir esneklik sağlar ve kırılma riskini sınırlar.

  1. Mikro desenli PEGDA (1st photomask) ve CNT-GelMA hidrojel(2. fotomaske) katmanları oluşturmak için iki fotokopi tasarlar ve üretin. Bkz. Ek Dosya 2-3. Tasarım CAD yazılımı kullanılarak yapılabilir.
    NOT: Bkz. Şekil 2B, E.
  2. TMSPMA kaplamalı bir cama bir kat ticari görünmez bant (Kalınlık: 50 μm) istifleyerek yapılan 50 μm boşluk yerleştirin. TMSPMA kaplı camın üzerine %20 PEGDA prepolimer çözeltisinin 15 μL'sini dökün ve altın mikroelektrotile kaplayın. 1. fotoğraf maskesini altın mikroelektrotun üzerine cam kaydırak (mikro desenli PEGDA) yerleştirin ve tüm yapıyı UV ışığına (320-390 nm filtreli 200 W cıva buharı kısa ark lambası) 800 mW yoğunlukta ve 8 cm mesafede 110 s'ye maruz bırakın.
    NOT: Bkz. Şekil 1A.
  3. Cam kaydırağı çevreleyen DPBS ekleyin ve au ile mikro desenli PEGDA hidrojeli olan cam kaydırağı elde etmek için 5-10 dakika sonra kaplamasız cam yüzeyden Au mikroelektrotlarla birlikte mikro desenli PEGDA hidrojelini ayırmak mikroelektrotlar.
    NOT: Bkz. Şekil 1B. TMSPMA kaplama sıcamı sayesinde yapı kaplamasız cam alt tabakadan TMSPMA kaplamalı kaplamaya aktarılır. Au mikroelektrotlar bu adımda kolayca kırılabilir çünkü dikkatle ayırın(Şekil 3).
  4. Petri kabının altına iki kat ticari saydam bant (kalınlık = 50 μm) istifleyerek yapılan 100 μm'lik boşluklar yerleştirin. Boşluk lar arasında 20 μL CNT-GelMA prepolimer çözeltisi yatırın ve 7.3'te elde edilen cam kaydırağı çevirin ve yapışkan bantla çanağa sabitleyin.
  5. Cihazı ters çevirin ve2. UV ışığı altında 800 mW yoğunlukta ve 200 s için 8 cm mesafede teşvin.
    NOT: Bkz. Şekil 1C. 2. maskenin hizalanması önemlidir.
  6. Elde edilen iskeleyi DPBS ve %10 fetal büyükbaş hayvan serumu (FBS) içeren hücre kültürü ortamı ile yıkayın.
  7. Hücreleri tohumlamadan önce 37 °C'lik kuluçka makinesinde bekletin.

8. Yenidoğan sıçan kardiyomiyosit izolasyonve kültür

  1. Enstitü'nün Hayvan Bakımı Komitesi tarafından onaylanan protokolleri takip eden 2 günlük Sprague-Dawley farelerinin kalplerini izole edin8.
  2. Soğuk bir odada HBSS EDTA olmadan% 0.05 tripsin içinde shaker bir gecede (yaklaşık 16 saat) kalp parçaları koyun.
  3. Bir pipet tabancası ile kalp parçaları toplamak ve tripsin miktarını en aza indirmek, sonra sıcak kardiyak medya 10 mL ile 50 mL tüp koymak (10% FBS, 1% P / S, 1% L-glutamin).
  4. Girdap yavaş yavaş (~ 60 rpm) 7 dk. 10 mL pipet ile tüp ten dikkatli bir şekilde medya çıkarın ve tüp içinde kalp parçaları bırakın 37 ° C su banyosunda.
  5. HBSS'de %0,1 kollajenaz tip 2'nin 7 mL'sini ekleyin ve 10 dakika boyunca 37 °C'lik su banyosunda girdap layın.
  6. Kalp parçalarını bozmak için 10 mL pipet le 10 x hafifçe karıştırın. 1 mL'lik pipetle ortamı tüpten çıkarın.
  7. HBSS'de %0,1 kollajenaz tip 2'nin 10 mL'sini ekleyin ve 37 °C'lik su banyosunda 10 dakika boyunca hızlı bir şekilde (~120-180 rpm) girdap atın, ardından kalp parçalarının eriyip erimeip erimeyip erimeip çözülmeyip çözülmeyip çözülmeyip çözülmeyip çözülmeyip çözülmeyince kontrol edin.
  8. 10 mL pipetle karıştırın, son kalp parçalarını kırmak için 1 mL pipetle tekrarlayın.
  9. Çözelti homojen göründüğünde, yeni bir 50 mL boruya 70 m hücreli süzgeç yerleştirin ve pipet çözeltisini süzgeçe bir seferde 1 mL yerleştirin.
  10. Kalp hücre çözeltisini 180 x g'de 37 °C'de 5 dk'ya santrifüj edin.
    NOT: Hala erimeyen bazı kalp parçaları veya mukus varsa, 8.7-8.9 adımlarını tekrarlayın.
  11. Dikkatlice hücre pelet üzerinde tüm sıvı kaldırmak ve kardiyak ortamda 2 mL hücreleri yeniden askıya.
  12. Hücreleri yeniden askıya almak ve kırılmasını önlemek için tüp duvardan dikkatlice 2 mL kardiyak ortam ekleyin.
  13. Bir T175 şişesi içine sıcak kardiyak medya damla damla ile askıya hücreleri ekleyin. Şişeyi 37 °C'lik bir kuluçka makinesine 1 saat boyunca koyup kardiyak fibroblastların dibe takılmasını bekleyin.
    NOT: Bu preplating adımda, kardiyomiyositler süspansiyon ortamda kalırken, kardiyak fibroblastlar şişeye bağlanır.
  14. Kardiyomiyositiçeren şişeden medya toplayın ve 50 mL tüp içine koyun.
  15. Hücreleri sayın, sonra 37 °C'de 5 dk için 260 x g santrifüj.
  16. 7. adımda fabrikasyon yumuşak robotun üzerine hücreleri yeniden askıya alın ve tohumlayın. 1,95 × 106 hücre/mL konsantrasyonda kardiyomiyositlerle kardiyak ortam hacmini cihazın tüm yüzeyine damla damla damla dökün.
  17. Numuneleri 37 °C'de kuluçkaya yatırın ve tohumlamadan sonraki ilk ve ikinci gün %2 FBS ve %1 L-glutamin ile 5 mL hücre kültürü ortamı ile ortamı değiştirin. Ortamın rengi her değiştiğinde ortamı değiştirin.

9. Hizalama analizi için hücre boyama

  1. Ortamı çıkarın ve RT'de 5 dakika DPBS ile yıkayın.
  2. HÜCRELERI RT'de 20 dk için %4 paraformaldehit (PFA) kullanarak düzeltin. Daha sonra RT'de 5 dakika DPBS ile yıkayın.
  3. HÜCRELERI DPBS'de %0.1 triton ile 1 saat boyunca RT'de kuluçkaya yatırın.
  4. HÜCRELERI DPBS'de %10 keçi serumu ile 1 saat boyunca RT'de kuluçkaya yatırın.
  5. DPBS'de %10 keçi serumunda ~14-16 saat boyunca 4 °C'de primer antikor (sarkoerik α-aktinin ve connexin-43) ile hücreleri kuluçkaya yatırın.
  6. RT'de 5 dakika dpbs ile 3x yıkayın.
  7. RT 5 dakika DPBS ile 3x yıkayın, sonra 4',6-diamidino-2-fenilindole (DAPI) DI suda (1:1,000) 10 dakika IÇIN RT. WASH 3x DPBS ile 5 dk RT.
  8. Ters lazer tarama confocal mikroskop kullanarak floresan görüntüleri alın.

10. Aktüatör testi ve davranış değerlendirmesi

  1. Yumuşak robotta kardiyomiyositlerin kendiliğinden dövülmesi
    1. Biyoilham verici aktüatörleri 37 °C'de 5 gün kuluçkaya yatırın ve 1 ve 2. Günlük (5x ve/veya 10x) fotoğraf çekmek için ters optik mikroskop kullanın. Kontraktil aktivite başladığında (genellikle 3. gün civarında) saniyede 20 kare (5x ve/veya 10x) 30 s'lik bir süre boyunca mikroskobun canlı penceresinde video yakalama yazılımı kullanarak hücre hareketlerini kaydedin.
    2. 5. günde, bir kapak kaydırağı ile kenardan hafifçe kaldırarak membranları ayırın.
      NOT: Hücreler güçlü bir dayak davranışı gösterirse, kontratlar kasılmalar mekanik eylem nedeniyle kendi kendine ayırAcak.
  2. Toplu elektrik sinyali stimülasyonu
    1. Tutucu olarak 3 cm aralıklı PDMS kullanarak, kardiyak ortamla dolu 6 cm Petri kabına platin (Pt) telli iki karbon çubuk elektrot yapıştırın. Sonra dikkatle Petri kabına yumuşak robot aktarın.
    2. 50 ms darbe genişliği, DC ofset değeri 0 V ve 0,5 ile 6 V arasında pik gerilim genliği ile kare dalga formu uygulayın. Frekans 0.5, 1.0 ve 2.0 Hz arasında değişir ve görev döngüsü sırasıyla %2.5, %5 ve %10 arasındadır. Ticari olarak kullanılabilen bir kamerayı kullanarak makro ölçekli kasılmaları kaydedin.
  3. Au mikroelektrotlarla elektriksel stimülasyon
    1. Au mikroelektrot entegre çok katmanlı hidrojel iskele imalatı sonra, gümüş macun kullanarak harici bir kare bağlantı noktasına rağmen Au elektrotlar iki bakır teller takın.
    2. 5 dakika boyunca 80 °C'de ince bir PDMS tabakası ile gümüş macunu kapatın. Daha sonra 45 °C'de bir sıcak plaka üzerine 5 saat boyunca PDMS'yi tam olarak birbirine bağlayın.
    3. Kardiyomiyosit tohumladıktan sonra, DC ofset değeri 1 V, 1,5 ve 5 V arasında pik gerilim genliği ve sırasıyla 0,5, 1,0 ve 2,0 Hz frekansları ile bakır tellere kare dalga elektrik selantı uygulayın.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Au mikroelektrot bazlı biyoilham lı yumuşak robotun geliştirilmesi için atılan adımların akış diyagramı
Yumuşak robot tasarımının amacı, en az karmaşıklığa sahip bir yüzme hareketini harekete kurabilen bir membran inşa etmekti. Yapı zaman içinde tekrar tekrar güçlü fleksiyonları sürdürebilmeli (yaklaşık 1 Hz) ve güçlü bir dayak elde ederken şeklini koruyabilmeli. Fotomaskeler kullanarak polimeri seçici olarak çapraz layarak, mikro desenli PEGDA hidrojel tabakası, esnek au mikroelektrot tabakası ve mik...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Bu yöntemi kullanarak, gömülü Au mikroelektrotlar tarafından kontrol edilen çok katmanlı yapılandırılmış bir iskele üzerinde entegre kendi kendini harekete geçiren kardiyak doku ile batoid balık benzeri biyoesinlenen yumuşak bir robotu başarıyla üretebildik. PEGDA ve CNT-GelMA hidrojellerinden yapılmış iki farklı mikro desenli hidrojel katmanı sayesinde, biyoilham iskelesi iyi mekanik stabilite ve ideal hücre hizalaması ve olgunlaşması gösterdi. Bir sting ışınında iskelet mimarisinin kıkırdak eklemi olarak hizmet veren P...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan.

Acknowledgements

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

Bu makale Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01AR074234, R21EB026824, R01 AR073822-01), Brigham Araştırma Enstitüsü Stepping Strong Yenilikçi Ödülü ve AHA Yenilikçi Proje Ödülü (19IPLOI34660079) tarafından finanse edilmiştir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
250 mL BeherPYREX1000-250CNEa
2-Hidroksi-4 '- (2-hidroksietoksi) -2-metilpropiyofenonSigma-Aldrich410896
3- (Trimetoksisilil) propil metakrilatMiliporeM6514
37 derece; Su banyosuVWRW6M
4 ', 6-diamidino-2-fenilindol (DAPI)Sigma-AldrichD9542
50mL Konik Santrifüj TüpleriFalcon14-959-49A
70 & m Hücre SüzgeciFalcon352350
80 derece kuluçka makinesiVWR1370GM
Alexa Fluor 488 keçi anti-fare IgG (H + L)InvitrogenA11029
Alexa Fluor 594 keçi anti-tavşan IgG (H + L)InvitrogenA11037
Alexa Fluor 488 PhalloidinInvitrogenA12379
Antibiyotik / Antimikotik çözümThermoFisher Scientific15240062
Anti-Connexin 43 / GJAI antikoruAbcamab11370Tavşan poliklonal
Anti-Sarkomerik α-aktininAbcamab9465Fare monoklonal
Tezgah Üstü Dondurarak KurutucularLabconco77500-00 K Biyogüvenlik
kabiniSterilgardA/B3
Karbon çubuk elektrotlarSGL Karbon Grubu6971105
SantrifüjEppendorf5804
CO2 inkübatörüForma Scientific3110
Kollajenaz, Tip II, TozGibco17-101-015
Konfokal MikroskopZeissLSM 880
COOH Fonksiyonelleştirilmiş Karbon NanotüplerNanoLabPD30L5-20-COOH
Dicing testere makinesiGiorgio TechnologyDAD-321
DMEM, Yüksek GlikozGibco11-965-118
Kalsiyum ve Magnezyum içermeyen DPBSGibco14-190-144
E-profil evaporatörCHA57367
Fetal Sığır SerumuGibco10-437-028
JelatinSigma-AldrichG9391Tip B, domuz derisinden 300 çiçek
Cam slaytVWR48382-180
Kalsiyum, Magnezyum veya Fenol içermeyen HBSS KırmızıGibco14-175-079
Ters optik mikroskopOlympusCK40
Manyetik ocakgözü CorningPC-420
metakrilik anhidritSigma-Aldrich276695, inhibitör olarak 2.000ppm topanol A içerir
Nunc EasYFlask 175cm2ThermoFisher Scientific159910
OlicscopeSiglentSDS1052DL+
Paraformaldehit Sulu Çözelti -%16Elektron Mikroskobu Bilimleri15710
PDMS SYLGARD 184Sigma-Aldrich761036
PhotomaskMini mikro şablon inc
Platin telAlfa AesarAA43014BU
Polietilen glikol dimetkrilatPolysciences Inc.15178-100
Rejenere Selüloz Diyaliz TüpüFisherbrand21-152-14
Gümüş Epoksi YapıştırıcıMGKimyasalları 8330S
Stericup Hızlı Bırakma-GP Steril Vakum Filtrasyon SistemiMilliporeS2GPU02RE
Ultra sonikatörQsonicaQ500
UV Kürleme SistemiOmniCureS2000
Vorteks karıştırıcıBilim EndüstrisiSI-0246A
Dalga formu üreteciAgilent33500B
Wrap Alüminyum folyoReynoldsN/A

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles