Bioengineering
A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 2 minutes.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Bioinspireret blød robot med indbyggede mikroelektroder
Chapters
Summary February 28th, 2020
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Et bioinspireret stillads fremstilles af en blød fotolithografiteknik ved hjælp af mekanisk robuste og elektrisk ledende hydrogeler. De mikromønstrede hydrogeler giver retningsbestemt kardiomyocyt celle tilpasning, hvilket resulterer i en skræddersyet retning af aktivering. Fleksible mikroelektroder er også integreret i stilladset for at bringe elektrisk kontrol for et selvaktiverende hjertevæv.
Transcript
Vores nye metode til fremstilling af elektrisk styret bioinspireret aktuator kan ikke kun overvinde begrænsningen af eksisterende biohybrid aktuator, men også stærkt forbedre ydeevnen af celle-baserede aktuator. Ved hjælp af denne lave pris og nem at håndtere teknik, kan aktivering adfærd bio inspireret blød robot styres og tunes fører til real-time stimulation. Vores nye metode kan potentielt udvides mod anvendelsen af trådløst drevne implantable fleksible elektroniske enhed til hjerte regenerering.
Denne metode kan også tjene som en ny platform for studiet af den lokale elektriske stimulation af celle latente konstruktioner. Begynd med at opløse 80 milligram GelMA i fire milliliter af Dulbecco's PBS. Derefter tilsættes 20 milligram carboxylsyre funktionaliseret multiwalled carbon nanorør og sonikere opløsningen i en time ved 660 millihertz og 100 watt.
For at skabe micropatterned PEGDA skal du placere et lag af 50 mikrometer tykt kommercielt transparent tape til en TMSPMA-belagt glasrutsjebane, hælde 15 mikroliter 20% PEGDA prepolymer-opløsning oven på den overtrukne glasrutsjebane og derefter dække det med guldmikroelektroder. Placer den første fotomaske på toppen af diaset og udsætte hele konstruktionen til 200 watt ultraviolet lys på 800 milliwatt intensitet og en otte centimeter afstand i 110 sekunder. Ved afslutningen af UV-eksponeringen skal du sætte glasrutsjebanen ind i Dulbeccos PBS.
Tilføj en 20 mikroliter dråbe af carbon nanotube GelMA prepolymer løsning mellem afstandsstillerne. Efter fem til 10 minutter, forsigtigt løsrive den micropatterned PEGDA hydrogel og guld mikroelektroder fra ubestrøget glas substrat og placere glide hovedet på afstandsstykker. Fastgør diaset til skålen med tape og vend hele samlingen på hovedet.
Placer den anden fotomaske på glasrutsjebanen, og udsæt samlingen for UV-lys som påvist i 200 sekunder. Ved eksponeringens afslutning vaskes stilladset én gang med frisk Dulbeccos PBS og én gang med cellekulturmedium suppleret med 10 % føtalt kvægserum. Derefter placere stilladset i frisk medium i en ny petriskål i en 37 grader Celsius inkubator natten over.
Efter kardiomyocyt isolation fra to dage gamle neonatal rotte hjerter i henhold til standard protokoller, resuspend cellerne på en 1,95 gange 10 til de seks celler pr milliliter hjerte medium koncentration og frø cellerne på den fabrikerede bløde robot i dråber. Når hele enhedens overflade er dækket, inkuberes prøverne ved 37 grader Celsius i fem dage, hvor kultursupernatanten erstattes med fem milliliter frisk cellekulturmedium suppleret med 2 % føtalt kvægserum og 1%L-glutamin den første og den anden dag efter såningen. For at vurdere den spontane slå af kardiomyocytter på den bløde robot, der starter på dag tre af kultur, placere robotten på en omvendt optisk mikroskop fase og bruge en 5X eller 10X mål og video capture software til at billedet kardiomyocyte aktivitet i 30 sekunder ved 20 billeder per sekund.
På dag fem skal du bruge et dæksel til forsigtigt at løfte membranerne ved kanten. Ved hjælp af en tre centimeter fordelt PDMS som en holder, anbringe to carbon stang elektroder med platin wire til en seks centimeter petriskål fyldt med hjerte medium og omhyggeligt overføre den bløde robot til fadet. Anvend derefter en firkantet bølgeform med en 50 millisekund pulsbredde, jævnstrømsforskydningsværdi på nul volt og højspændings amplitud mellem 0,5 og seks volt.
For elektrisk stimulation med guld mikroelektroder, efter fremstilling af flerlagede konstruktion, bruge sølv pasta til at fastgøre to kobberledninger til guld elektroder gennem en ekstern firkantet port og dække pastaen med et tyndt lag af PDMS pre-hærdet ved 80 grader Celsius i fem minutter. Derefter anbringes prøven på en varmeplade ved 45 grader Celsius i fem timer for fuldt ud at krydse PDMS. Efter såning cardiomyocyte på ledningerne tilsluttet blød robot, anvende en firkantet bølge elektrisk stimulus på kobberledninger med den direkte strøm offset værdi af en volt, en topspænding amplitude mellem 1,5 og fem volt, og frekvenser på 0,5, en og to hertz hhv.
Disse bløde robotter blev designet af biomimicking mønstre af to forskellige vanddyr, søstjerner og manta ray. Den cardiomyocyte seedet kulstof nanorør GelMA lag udstillet forskellige slå adfærd i henhold til mønster afstande. For at forhindre irreversibel fuldstændig rulning af den bløde robot under den dynamiske tæsk af kardiomyocytterne blev mønsterafstanden på PEGDA hydrogel-støttelaget optimeret til 300 mikrometer.
I disse rammer erhvervet fra sammentrækning optagelser, en manta ray formet aktuator kan tydeligt observeres bøjning vingerne som forventet med halen afbalancere strukturen ved glatning, når vingerne var robust lukning i midten. Nogle af membranerne demonstrerer en roterende bevægelse, mens de pådrager sig på grund af skæve mikropatterned carbon nanorør GelMA og PEGDA hydrogels. Hjertevæv på micropatterned PEGDA og carbon nanotube GelMA mønstre kan også visualiseres ved F-actin DAPI konfokal billeddannelse.
Delvis uniaxial sarkomere justering og indbyrdes forbundne sarcomere strukturer kan også observeres på de mønstrede områder ved konfokal mikroskopi samt godt indbyrdes forbundne sarcomere strukturer af hjertevæv placeret direkte over mikroelektroderne. Excitationstærsklens spænding er forskellig ved forskellige frekvenser af elektrisk stimulus gennem den eksterne kulstofelektrode eller kobbertråd, der er forbundet med guldelektroden. UV crosslinking processen med PEGDA og GelMA mikropattering ved hjælp af fotomasker er vigtigt for at opnå høj kvalitet guld mikroelektrode indarbejde flerlags dækket.
Bioprint kan bruges til fremstilling af mikropatterned hydrogel og fleksibel elektrode. Vi brugte bioprint til at opnå geometrisk veldefineret blød robot på en hurtig, billig og høj gennemløbsmåde. Vores metode kan potentielt bidrage til udviklingen af den trådløse elektriske stimulering af blød robot gennem integration af fleksibel elektronisk enhed direkte i hydrogel-baserede stillads.
Carbon nanorør og organiske opløsningsmidler bør altid håndteres inde i en hætte som carbon nanorør fibre kan gøre deres vej ind i lungerne udgør en risiko for kræft udvikling.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
