Robô macio bioinspirado com microeletrodos incorporados

Ting Wang; Bianca Migliori; Beatrice Miccoli; Su Ryon Shin

doi:10.3791/60717

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Artigo de método

Robô macio bioinspirado com microeletrodos incorporados

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DOI:

10.3791/60717

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28 de fevereiro de 2020

Ting Wang¹^,² , Bianca Migliori¹^,³ , Beatrice Miccoli¹^,⁴ , Su Ryon Shin¹

¹Division of Engineering in Medicine, Department of Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, ²School of Medicine, Jiangsu University, ³Tech4Health and Neuroscience Institutes, NYU Langone Health, ⁴Department of Electronics and Telecommunication, Politecnico di Torino

Neste artigo

Resumo

Um andaime bioinspirado é fabricado por uma técnica de fotolitografia macia usando hidrogéis mecanicamente robustos e eletricamente condutores. Os hidrogéis micropadronizados fornecem alinhamento direcional das células cardiomiócitos, resultando em uma direção personalizada de atuação. Microeletrodos flexíveis também são integrados ao andaime para trazer controle elétrico para um tecido cardíaco auto-atuante.

Resumo

Sistemas robóticos macios bioinspirados que imitam organismos vivos usando tecido muscular projetado e biomateriais estão revolucionando o paradigma atual da biorobótica, especialmente na pesquisa biomédica. Recriar dinâmica suação artificial semelhante à vida é crucial para um sistema robótico suave. No entanto, o controle preciso e a sintonia do comportamento de atuação ainda representam um dos principais desafios dos sistemas robóticos macios modernos. Este método descreve um procedimento de baixo custo, altamente escalável e fácil de usar para fabricar um robô macio eletricamente controlável com movimentos semelhantes à vida que é ativado e controlado pela contração de tecido muscular cardíaco em uma picada micropadronizada andaime de hidrogel como raios. O uso de métodos de fotolitografia macia torna possível integrar com sucesso vários componentes no sistema robótico macio, incluindo andaimes à base de hidrogel micropadronizados com nanotubos de carbono (CNTs) embutidos de gelatina (CNT-GelMA), diacrito de poli(etileno glicol) (PEGDA), microeletrodos flexíveis de ouro (Au) e tecido muscular cardíaco. Em particular, o alinhamento dos hidrogéis e o micropadrão são projetados para imitar a estrutura muscular e cartilagem do raio de picada. O hidrogel CNT-GelMA eletricamente condutor age como um andaime celular que melhora o comportamento de maturação e contração de cardiomiócitos, enquanto o hidrogel PEGDA mecanicamente robusto fornece suporte estrutural semelhante à cartilagem para todo o robô macio. Para superar a natureza dura e frágil dos microeletrodos à base de metal, projetamos um padrão serpentino que tem alta flexibilidade e pode evitar dificultar a dinâmica de espancamento dos cardiomiócitos. Os microeletrodos Au flexíveis incorporados fornecem estimulação elétrica em todo o robô macio, facilitando o controle do comportamento de contração do tecido cardíaco.

Introdução

Robôs macios modernos de última geração podem imitar as estruturas hierárquicas e a dinâmica muscular de muitos organismos vivos, como a água-viva^1,², raio de picada^2,polvo^3,bactérias⁴, e^esperma5. Imitar a dinâmica e a arquitetura dos sistemas naturais oferece maiordesempenho em termos de eficiência energética e estrutural⁶. Isso está intrinsecamente relacionado à natureza macia do tecido natural (por exemplo, tecido de pele ou músculo com o módulo de um Jovem entre 10^{4 -10}⁹