Mechanical control is essential for adaptive regulation in biological systems. This work presents a magnetic, non-contact approach to simultaneous detection and actuation in a microscale tissue testbed. The platform builds upon previously developed passive mechanical platforms, where tissues self-assemble on flexible pillars. Standard detection is typically derived from microscope images and actuation is often conducted using invasive approaches. In the presented platform, actuation and detection, both derived from magnetic fields, are demonstrated with high spatial, temporal, and force resolution resulting in a detectable $0.6~\mu \text{m}$ step-size in air. The forced deflection range is +/−125 microns (+/−10% strain), and an arbitrary magnitude step-and-settle actuation is achieved in less than 1 ms. Engineered human cardiac microtissue is used to demonstrate the capabilities of the system, as cardiac tissues generate contractions and adapt to external forces. Spontaneous contractions are monitored for an hour by a built-in sensor with a signal-to-noise of 2. Cyclic actuation at 1 Hz using a 1 mT/mm magnetic field is demonstrated, where max tissue strain is 0.3%. All this is achieved in a moderate-throughput, compact device, which is easily integrated into the typical flow of biological experimentation. Simultaneous control of actuation and detection enables decisions to be made on a sample-specific basis, and in future developments, will enable arbitrary design of the mechanical environment for 3D tissue conditioning, maturation, and control. [2020-0296]

中文翻译：

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通过非接触式磁性方法同时驱动和检测机械力的微组织平台

机械控制对于生物系统的自适应调节至关重要。这项工作提出了一种磁性、非接触式方法，可在微型组织试验台中同时检测和驱动。该平台建立在先前开发的被动机械平台上，组织在柔性支柱上自组装。标准检测通常来自显微镜图像，并且通常使用侵入性方法进行驱动。在所展示的平台中，驱动和检测均源自磁场，具有高空间、时间和力分辨率，可在空气中检测到 $0.6~\mu\text{m}$ 步长。强制偏转范围为 +/-125 微米（+/-10% 应变），并且在不到 1 毫秒的时间内实现了任意幅度的步进和稳定驱动。人造心脏微组织用于展示该系统的功能，因为心脏组织会产生收缩并适应外力。自发收缩由内置传感器监测一小时，信噪比为 2。使用 1 mT/mm 磁场以 1 Hz 的频率进行循环驱动，其中最大组织应变为 0.3%。所有这些都是在中等吞吐量、紧凑的设备中实现的，该设备很容易集成到典型的生物实验流程中。驱动和检测的同时控制使得能够在特定样本的基础上做出决定，并且在未来的发展中，将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 因为心脏组织会产生收缩并适应外力。自发收缩由内置传感器监测一小时，信噪比为 2。使用 1 mT/mm 磁场以 1 Hz 的频率进行循环驱动，其中最大组织应变为 0.3%。所有这些都是在中等吞吐量、紧凑的设备中实现的，该设备很容易集成到典型的生物实验流程中。驱动和检测的同时控制使得能够在特定样本的基础上做出决定，并且在未来的发展中，将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 因为心脏组织会产生收缩并适应外力。自发收缩由内置传感器监测一小时，信噪比为 2。使用 1 mT/mm 磁场以 1 Hz 的频率进行循环驱动，其中最大组织应变为 0.3%。所有这些都是在中等吞吐量、紧凑的设备中实现的，该设备很容易集成到典型的生物实验流程中。驱动和检测的同时控制使得能够在特定样本的基础上做出决定，并且在未来的发展中，将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 演示了使用 1 mT/mm 磁场以 1 Hz 的频率进行循环驱动，其中最大组织应变为 0.3%。所有这些都是在中等吞吐量、紧凑的设备中实现的，该设备很容易集成到典型的生物实验流程中。驱动和检测的同时控制使得能够在特定样本的基础上做出决定，并且在未来的发展中，将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 演示了使用 1 mT/mm 磁场以 1 Hz 的频率进行循环驱动，其中最大组织应变为 0.3%。所有这些都是在中等吞吐量、紧凑的设备中实现的，该设备很容易集成到典型的生物实验流程中。驱动和检测的同时控制使得能够在特定样本的基础上做出决定，并且在未来的发展中，将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296] 将能够任意设计用于 3D 组织调理、成熟和控制的机械环境。[2020-0296]