Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Bu videonun genel amacı, kardiyomiyositlerde esnek PDMS konsolları kullanılarak bir biyolojik aktüatörün nasıl geliştirileceğini ve karakterize edileceğini açıklamaktır. Bu aktüatörler daha sonra kendi kendini stabilize eden bir yüzme biyorobotu oluşturmak için modifiye edilmiş bir tabanla birleştirilir. Burada açıklanan doğrulama yöntemi benzersizdir, burada mekanik taban yapısı, konumu mıknatıslarla harici olarak da belirlenebilen, kendi kendini stabilize eden bir yüzme biyorobotu oluşturacak şekilde modifiye edilmiştir.

Bu tekniğin temel avantajı, cihazın kaldırma kuvvetini ayarlamak ve kendi kendini stabilize etmek için temel özelliklerin kolayca değiştirilebilmesidir. Yöntem, kendi kendine stabilizasyon ve yüzdürme gerektiren diğer yeni cihazları geliştirmek için uygulanabilir. Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, konsolları mekanik olarak deforme etmek zor olduğu için mücadele edeceklerdir.

İnce boyutları nedeniyle kolayca yırtılabilir veya garip şekillerde sıkışabilirler. Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi çok önemlidir, çünkü adımların ve montajın görsel yardım olmadan öğrenilmesi zordur. Başlamak için, bir foto direnç döndürücüye silikon bir gofret yerleştirin.

Gofrete ince bir foto direnç ekleyin ve 1.2 mikrometrelik bir hedef kalınlık elde etmek için 2.000 RPM'de 20 saniye boyunca sıkın. Ardından, kaplanmış gofretleri önceden 120 dereceye ısıtılmış bir ocak gözüne aktarmak için gofret cımbız kullanın. Gofretin üzerini sığ bir Petrie kabı ile örtün ve 10 dakika pişirin.

Altı gramlık bir PDMS bazını tartın ve bunu 0.6 gramlık bir PDMS kürleme maddesi ile birleştirin. PDMS bileşenlerini beş dakika boyunca iyice karıştırın. PDMS karışımını bir vakum odasına yerleştirin ve 30 dakika boyunca 100 milibarlık bir vakum çekin.

Bitirdiğinizde, vakumu kırın ve kabı çıkarın. PDMS'ye ihtiyaç duyulana kadar kabı kapalı tutun. Gofret soğuduktan sonra, tekrar foto direnç döndürücüye yerleştirin.

Gazı alınmış PDMS karışımının tamamını gofret üzerine yavaşça dökün, böylece yeni kabarcıklar oluşmaz. Daha sonra gofreti beş dakika boyunca 1.200 RPM'de döndürün. Gofret cımbız kullanarak, gofretleri sıkma kaplayıcıdan çıkarın ve önceden ısıtılmış bir fırına koyun.

Gofretleri gece boyunca pişirin ve ardından gofreti oda sıcaklığına soğutun. Ardından, ince film PDMS katmanını desenlemek için bir lazer kazıma makinesi hazırlayın. Lazer kazıma makinesini ve egzoz sistemini açarak başlayın.

Ardından lazer kazıma makinesine bağlı bilgisayarı açın ve lazer kazıma makinesi yazılımını açın. Dosya altında, biyolojik aktüatör tasarım dosyasını açın. Ayarlar düğmesine basın, Mavi'ye tıklayın ve güç ayarını %3'e ve hızı %4'e değiştirin Ayarla'ya tıklayın, Kırmızı'ya tıklayın ve modu Atla olarak değiştirin.

Ardından Ayarla'ya tıklayın. Aynısını Siyah için de yapın. Ayarları tamamlamak için Uygula düğmesine basın.

Ardından, Oymacıyı Etkinleştir'i seçin. Ardından, tasarımı ekranın ortasına taşımak için Yeniden Konumlandır'a basın. Ardından, Odak Görünümü düğmesine basın ve kılavuz lazer noktasını ilgili noktaya hareket ettirmek için tasarımın kenarına tıklayın.

Eldivenli ellerinizi kullanarak gofretleri kılavuz lazer noktasıyla dikkatlice hizalayın. Hizalandıktan sonra, kazıma işlemini başlatmak için Önceki İşi Kazımaya Başla'yı seçin. Biyolojik aktüatör tabanını imal etmek için, pişirme için bir kaba ihtiyaç vardır.

İlk olarak, bu kabı bir ölçeğe yerleştirin ve ölçeği sıfırlayın. Daha sonra, önceden karıştırılmış PDMS'yi dökün ve temizlenmiş 3 milimetre çapındaki cam boncukları düzenli aralıklarla PDMS karışımının üzerine yerleştirin. Biyolojik aktüatör tabanı için her bir boncuğun etrafında en az 5 milimetre boşluk bırakın.

Kabı bir vakum odasına yerleştirin, vakumu 100 milibar'a düşürün ve vakum pompasını kapatın. 30 dakika sonra vakumu kırın ve kabı çıkarın. İhtiyaç duyulana kadar kabı kapalı tutun.

Daha sonra, bir ocak gözünü 40 santigrat dereceye ısıtın ve cam boncuklarla birlikte PDMS kabını dikkatlice ocak gözünün üzerine yerleştirin. Kabı örtün ve bir gece pişirin. Soğuduktan sonra, toplu PDMS'den 5 milimetre küp kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın, böylece her küpün merkezinde bir cam boncuk bulunur.

Daha sonra bir iğnenin ucunu yeni hazırlanmış sıvı PDMS'ye batırın ve gofretin oyulmuş taban alanına bir damla PDMS yerleştirin. Damlacığı, 5 milimetre x 5 milimetre taban alanını tamamen kaplayacak şekilde sürün. Son olarak, cam boncuğu içeren küpü sıvı PDMS ile kaplı taban alanına yerleştirmek için bir cımbız kullanın.

Bu işlemi her cihaz için tekrarlayın. Bitirdikten sonra, gofreti 40 derecelik bir ocak gözüne aktarın ve gece boyunca pişirmek için üzerini kapatın. Konsolu gofretten soymak ve tabanın yan duvarına takmak için bir çift keskin cımbız kullanın.

Ardından, tabanı çekerek tüm düzeneği gofretten dikkatlice ayırın. Başlamak için, biyolojik aktüatörler için kullanılan üretim sürecini lazer kazıma adımıyla tekrarlayın. Bununla birlikte, biyorobotların üretimi için lazer kesim sırasında biyorobot tasarımını kullanın.

Ardından, ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi mikro balon PDMS karışımını ve nikel tozu PDMS karışımını hazırlayın. Çözeltileri bir ölçek kullanarak dikkatlice ayrı kaplara dökün. Her iki kabı da bir vakum odasına yerleştirin ve basıncını 30 dakika boyunca 100 milibar'a düşürün.

Gazdan arındırıldıktan sonra, kapları gece boyunca 40 santigrat derecede bir ocak gözüne koyun. Burada gösterildiği gibi, her bir biyorobot boyutuna göre boyutlara sahip polimerlerin her birinden biyorobot tabanlarını kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın. Nikel PDMS tabanını, aralarında temiz oda mendili bulunan metal bir plakaya yerleştirin.

Ardından korona boşaltıcıyı açın ve boşaltıcının ucunu tabanların 1 santimetre üzerine getirin. Yüzeyi tedavi etmek için ucu tabanın etrafında 15 saniye hareket ettirin. Lazerle oyulmuş tabanların yüzeyini aynı süre boyunca işlemek için bu işlemi tekrarlayın.

Ardından, nikel PDMS ile muamele edilen tarafı filmin muamele edilen tarafına yerleştirmek için cımbız kullanın. Parçalar birbirine yapışırken cihazı beş dakika bekletin. Ardından, biorobot konsolu gofretten soymak için bir çift keskin cımbız kullanın ve nikel PDMS tabanının altına yerleştirin.

Ardından tüm düzeneği gofretten çıkarın. Mikro balon PDMS'yi düzeneğe takmak için önce üzerine küçük bir damla kürlenmemiş PDMS yerleştirin. Ardından, ince film PDMS'ye sahip nikel PDMS'nin kenarını kürlenmemiş PDMS damlasının üzerine yerleştirmek için bir cımbız kullanın.

Tüm düzeneği plastik bir Petrie kabına yerleştirin ve ardından gece boyunca kürlenmesi için bunu 40 santigrat derecede bir ocak gözüne yerleştirin. Cihazları hücre tohumlamaya hazırlamak için, önce 100 mikrolitre bir Fibronektin solüsyonunu her cihaz için ayrı bir T25 kültür şişesinin ortasına yerleştirin. Ardından biyorobotu veya biyolojik aktüatörü Fibronektin çözeltisi damlacığının üzerine aşağı bakacak şekilde yerleştirin.

Konsolun açıldığından ve damlacığın içine daldırıldığından emin olun ve ardından şişeyi 37 santigrat derecede 30 dakika inkübe edin. İnkübasyondan sonra, Fibronektin solüsyonunu çıkarın ve cihazları PBS ile iki kez yıkayın. Daha sonra PBS'yi çıkarın ve şişeyi% 10 FBS ve% 1 penisilin ile desteklenmiş 10 mililitre DMEM ile doldurun.

PDMS'nin gazını almak için cihazı bir saat boyunca 37 santigrat derecede inkübe edin. Daha sonra biyorobotu şişenin altında tutmak için bir mıknatıs kullanın ve baloncukları çıkarmak için şişeyi numunelerle birlikte beş dakika boyunca bir ultrasonikasyon banyosuna yerleştirin. Her bir kompozit katmanın doğru kalınlığını belirlemek için, PDMS'de nikel ve mikro balonların karışım oranı ile çeşitli karışım oranları test edildi.

Nikel PDMS katmanı, robotun manyetik kontrolüne ve stabilitesine izin verir. Ek olarak, mikro balon PDMS katmanı, biyorobotun istikrarlı bir şekilde yüzmesini ve yüzmesini sağlar. İki katmanın kombinasyonu, biyorobotun kendi kendini stabilize eden çerçevesini oluşturur.

Bir bilgisayar komut dosyası kullanılarak, kararlılık sayısal olarak analiz edildi ve bu iki katmanlı yöntem kullanılarak güçlü bir geri yükleme momentine sahip olduğu kanıtlandı. Bu prosedür boyunca konsolu temiz tutmayı ve PDMS karışımının doğru oranını ve konsolun kalınlığını korumayı unutmamak önemlidir. Bu videoyu izledikten sonra, elastomerik malzemelerin kardiyomiyositleri desteklemek için nasıl ince bir konsol haline getirilebileceğini ve gelişmiş işlevler için kaldırma kuvveti veya manyetizma gibi yeni özellikler elde etmek için nasıl değiştirilebileceğini anlamalısınız.

Bu doğrulama prosedürü, hücre oryantasyonunu teşvik etmek ve dördüncü nesli artırmak için desen hizalama küpleri gibi diğer teknikler dahil edilerek değiştirilebilir. Lazer kazıma makineleriyle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken her zaman uygun koruyucu giysi ve gözlük giymek gibi önlemlerin alınması gerektiğini unutmayın.