软致动器

Abstract(#br)Soft actuators have grown to be a topic of great scientific interest. As the fabrication of soft actuators with conventional microfabrication methods are tedious, expensive, and time consuming, employment of 3-D printing fabrication methods appears promising as they can simplify fabrication and reduce the production cost. Complex structures can be fabricated with 3-D printing such as helical coils that can achieve actuation performances, which otherwise would be impossible with simpler geometries.

通过组装多个单向记忆效应形状记忆合金( SMAs )元件或引入偏置元件，实现了类似生物周期性运动的软驱动器，导致软驱动器结构复杂，控制困难。受功率放大生物体系的启发，利用三维集成成型技术的优势，提出了一种集成SMA -聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合结构( SPCS )，该结构仅通过控制SMA相变和PDMS应变势能分布状态，即可实现周期性的异质驱动。为了检验该机制的可行性，本文进行了SPCS变形的理论模型研究。数值可行性分析结果表明，影响SPCS变形的因素主要涉及SMA的励磁电流强度、PDMS结构厚度及其分布状态。实验结果表明，电流强度主要影响SPCS的变形速率，PDMS厚度不仅是实现SPCS周期性变形的关键，而且PDMS结构厚度的有序排列有助于SPCS实现周期性非均匀变形。这些表明，该机制可以启发软执行器、智能可穿戴设备和医疗设备的设计。

多孔多孔板插片广泛应用于生物医学研究中，用于研究传输过程或在气液界面培养细胞/组织。这些插入物是由刚性材料制成，在静态培养条件下使用，不代表生物微环境。这里，我们呈现FleXert，一种软的、可操作的细胞培养插入，它与六孔板的界面。它由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成，由多孔PDMS膜作为细胞/组织支架。FleXerts可以用标准的注射器泵气动驱动，产生高达30 %的拉伸应变。通过改变气压和抽气速率可以实现广泛的驱动模式。FleXert’s多孔PDMS膜与纤维连接蛋白的亲和表面功能化使人真皮成纤维细胞黏附，在FleXert’s膜上发育的菌株成功转导到细胞层。三维组织模型，如含有成纤维细胞的胶原凝胶，也可以通过聚多巴胺涂层固定在PDMS上。此外，胶原蛋白涂层的FleXert膜支持建立人皮肤模型，证明了材料具有组织工程所需的优良生物相容性。与现有技术相比，FleXerts不需要昂贵的制造设备或定制的培养室，使其成为组织工程和生理应变下生物屏障渗透研究的通用、低成本解决方案。本文是一个多学科的机械生物学研究的一个广泛的工具包，包括对各种方法的详细说明，如器件制作，理论建模，细胞培养和图像分析技术。