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.
Bioinspirerad mjuk robot med inbyggda mikroelektroder
Chapters
Summary February 28th, 2020
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
En bioinspirerad byggnadsställning tillverkas av en mjuk fotolitografiteknik med mekaniskt robusta och elektriskt ledande hydrogeler. De mikromönstrade hydrogelerna ger riktningskardiomyocytcelljustering, vilket resulterar i en skräddarsydd riktning för aktivering. Flexibla mikroelektroder är också integrerade i byggnadsställningen för att få elektrisk styrbarhet för en självaktivering av hjärtvävnad.
Transcript
Vår nya metod för att fabricera elektriskt styrt bioinspirerat ställdon kan inte bara övervinna begränsningen av befintligt biohybriddon, utan också starkt förstärka prestandan hos cellbaserat ställdon. Med hjälp av denna låga kostnad och lätthanterliga teknik kan aktiveringsbeteendet hos bioinspirerad mjuk robot styras och ställas in vilket leder till realtidsstimulering. Vår nya metod kan potentiellt utvidgas mot tillämpningen av trådlös drivs implanterbara flexibel elektronisk anordning för hjärtregenerering.
Denna metod kan också fungera som en ny plattform för studier av den lokala elektriska stimulering av cell latent konstruktioner. Börja med att lösa upp 80 milligram GelMA i fyra milliliter av Dulbeccos PBS. Tillsätt sedan 20 milligram karboxylsyra funktionaliserad multiwalled kolnanorör och sonikera lösningen i en timme på 660 millihertz och 100 watt.
För att skapa mikromönster PEGDA, placera ett lager av 50 mikrometer tjock kommersiell transparent tejp till en TMSPMA belagda glas slide, häll 15 mikroliter av 20%PEGDA prepolymer lösning ovanpå belagda glas slide, sedan täcka den med guld mikroelektroder. Placera den första fotomasken ovanpå bilden och exponera hela konstruktionen för 200 watt ultraviolett ljus vid 800 milliwatt intensitet och en åtta centimeters avstånd i 110 sekunder. I slutet av UV-exponeringen, lägg glaset glida in Dulbecco's PBS.
Tillsätt en 20 mikroliterdropp av lösningen för kolnanorör GelMA-prepolymer mellan distanserna. Efter fem till 10 minuter, försiktigt lossa mikromönster PEGDA hydrogel och guld mikroelektroder från obestruket glas substrat och placera glid upp och ner på distanserna. Fixera glidningen till skålen med tejp och vänd hela monteringen upp och ner.
Placera den andra fotomasken på glasglaset och utsätt monteringen för UV-ljus som visats i 200 sekunder. Vid slutet av exponeringen, tvätta ställningen en gång med färska Dulbeccos PBS och en gång med cellkultur medium kompletteras med 10%fetala nötkreatur serum. Placera sedan byggnadsställningen i färskt medium i en ny petriskål i en 37 grader Celsius inkubator över natten.
Efter kardiomyocyte isolering från två dagar gamla neonatal råtta hjärtan enligt standardprotokoll, resuspend cellerna på en 1,95 gånger 10 till de sex cellerna per milliliter av hjärt medium koncentration och utsäde cellerna på den tillverkade mjuka roboten i droppar. När hela ytan av anordningen har täckts, inkubera proverna på 37 grader Celsius i fem dagar, ersätta kulturen supernatant med fem milliliter av färsk cellkultur medium kompletteras med 2%fetala nötkreatur serum och 1%L-glutamin den första och andra dagarna efter sådd. För att bedöma den spontana misshandeln av kardiomyocyterna på den mjuka roboten, med början dag tre av kultur, placera roboten på en inverterad optisk mikroskop skede och använda en 5X eller 10X objektiv och video capture programvara för att bilden kardiomyocyte aktivitet i 30 sekunder på 20 bilder per sekund.
På dag fem, använd en täckrutschbana för att försiktigt lyfta membranen vid kanten. Med hjälp av en tre centimeters fördelade PDMS som hållare, fäst två kolstavelektroder med platinatråd till en sex centimeter Petriskål fylld med hjärtmedium och överför försiktigt den mjuka roboten till skålen. Applicera sedan en kvadratisk vågform med en 50 millisekunders pulsbredd, likströmsoffsetvärdet noll volt och toppspänningsamplitud mellan 0,5 och sex volt.
För elektrisk stimulering med guldet mikroelektroder, efter tillverkning av flerskiktskonstruktion, använd silverpasta för att fästa två koppartrådar till guldelektroderna genom en extern fyrkantig port och täcka pastan med ett tunt lager PDMS förhärdad vid 80 grader Celsius i fem minuter. Placera sedan provet på en värmeplatta vid 45 grader Celsius i fem timmar för att helt tvärlänka PDMS. Efter seedning kardiomyocyte på ledningarna ansluten mjuk robot, tillämpa en fyrkant våg elektrisk stimulans på koppartrådarna med den direkta strömmen offset värdet av en volt, en topp spänning amplitud mellan 1,5 och fem volt, och frekvenser på 0,5, en, och två hertz respektive.
Dessa mjuka robotar designades av biomimicking mönstren av två olika vattenlevande djur, sjöstjärna och manta ray. Den kardiomyocyte seedade kol nanotube GelMA lager uppvisade olika slå beteenden enligt mönstret avstånd. För att förhindra irreversibel fullständig rullning av den mjuka roboten under den dynamiska misshandeln av kardiomyocyterna optimerades mönstrets avstånd av PEGDA hydrogelstödsskiktet till 300 mikrometer.
I dessa ramar som förvärvats från kontraktionsinspelningar, kan en manta ray formad actuator tydligt observeras böja vingarna som förväntat med svansen balansera strukturen genom att räta när vingarna var robust stängning i mitten. Några av membranen visar en roterande rörelse medan upphandlande på grund av feljusterade mikromönster kol nanorör GelMA och PEGDA hydrogels. Hjärtvävnad på mikromönster PEGDA och kolnanorör GelMA mönster kan också visualiseras av F-aktin DAPI confocal imaging.
Partiell uniaxial sarcomere anpassning och sammankopplade sarcomere strukturer kan också observeras på de mönstrade områdena genom confocal mikroskopi samt väl sammankopplade sarcomere strukturer av hjärt vävnader ligger direkt ovanför mikroelektroderna. Excitationens tröskelspänning är olika vid olika frekvenser av elektrisk stimulans genom den yttre kolelektroden eller koppartråden som är kopplad till guldelektroden. DEN UV crosslinking förlopp av PEGDA och den GelMA micropatterning användande photomasks är viktig för få hög kvalitet guld microelectrode inkorporering multilayers omfattat.
Bioprinting kan användas för att fabricera mikromönster hydrogel och flexibel elektrod. Vi använde bioprinting för att erhålla geometriskt väldefinierad mjuk robot på ett snabbt, billigt och högt genomströmningssätt. Vår metod kan potentiellt bidra till utvecklingen av den trådlösa elektriska stimuleringen av mjuk robot genom integrering av flexibel elektronisk anordning direkt i hydrogel-baserade byggnadsställning.
Kolnanorör och organiska lösningsmedel bör alltid hanteras inuti en huva som kolnanorörfibrer kan ta sig in i lungorna utgör en risk för cancerutveckling.
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.
