Elektrische und magnetische Feldgeräte zur Stimulation biologischer Gewebe

Biophysikalische Reize wurden verwendet, um die Zell- und Molekulardynamik in verschiedenen Geweben zu stimulieren. In bestimmten Studien wurden die Auswirkungen von elektrischen und magnetischen Feldern in verschiedenen Arten von Zellen wie Chondrozyten, Osteoblasten und Fibroblasten, Gewebeimplantaten und Gerüsten untersucht. Obwohl verschiedene Stimulatoriumsgeräte unter den spezifischen Merkmalen zur Stimulierung biologischer Gewebe entwickelt wurden, ist es notwendig, elektrische und magnetische Geräte zu bestätigen, bei denen die Spannung und Frequenz variiert werden könnte, um eine breite Palette biologischer Proben zu stimulieren.

Die Berechnungssimulation zur Überprüfung der elektrischen Feldverteilung wurde in COMSOL Multiphysics durchgeführt. Hier wurde eine achsenmetrische Konfiguration verwendet, um das kapazitive System zu simulieren, das aus zwei parallelen Elektroden besteht, der Luft, unserer Kulturbrunnenplatte, den Kulturmedien und der biologischen Probe, die in diesem Fall durch ein Gerüst dargestellt wurde. Die Materialeigenschaften jedes Elements waren die elektrische Leitfähigkeit und die relative Permittivität.

Die angelegte Spannung wurde auf 100 Volt eingestellt, während die Frequenz auf 60 Kilohertz sine Wien eingestellt wurde. Nachdem alle Parameter eingeführt wurden, wird das Modell berechnet, um die elektrische Feldverteilung in allen Oberflächen zu beobachten. Um die elektrische Feldverteilung genauer zu beobachten, ist es möglich, das elektrische Feld im Gesamtsystem, innerhalb des Gerüstes, in den Kulturmedien, in der Luft und innerhalb der Kulturbrunnenplatte und außerhalb der Elektroden zu stopfen.

Die Schaltung wird die elektrischen Felder erzeugen, basiert auf der Brücke wien Oszillator. Dies ist eine RCnonthian Sequenz von Gesichtschip, die sowohl positives als auch negatives Feedback verwendet. Der Brücken-Wien-Oszillator besteht aus einem beleuchteten Labornetz, das eine reaktive Spannung ist, die geteilt wird, in der die Eingangsspannung durch die Kombination von R5 und C2 in Reihe und durch die Kombination von R6 und C3 parallel geteilt wird.

Um die Frequenz zu berechnen, verwenden wir eine Resonanzfrequenzgleichung, wobei F Sub-Zero die Frequenz R gleich R5 gleich R6 sind die Widerstände und C gleich C2 und C3 die Kondensatoren sind. Diese Schaltung ist so konzipiert, dass die geteilte Widerstandsspannung zunimmt, wenn der Ausgang, der die Amplitude erhöht und die Widerstandsspannung geteilt wird, abnimmt, wenn die Ausgangsspannung in der Amplitude abnimmt. So beginnt die Spannungsverstärkung des Verstärkers automatisch die Amplitudenänderungen des Ausgangssignals.

Dann wurde eine Kombination von Widerständen berechnet, um die vier oberen Spannungen zu erzeugen. Schließlich wurde zuvor eine Signalkorrekturstufe implementiert, um das Signal mit dem Transformator zu verstärken. Sobald die Schaltung simuliert wurde, wurde die lackierte Leiterplatte als Ergebnis das endgültige sinusförmige Signal, das vom Oszillator erzeugt wird, Plot hergestellt.

Sobald der Schaltkreis simuliert ist, ist der nächste Schritt, den wien Bridge Oszillator in einem Brotbrett hier zu bauen, können wir die vier Ausgangsspannungen und die Frequenz, die den Stromkreis erzeugt testen. Dann fertigen wir in einer Leiterplatte den Oszillator, den wir für das Reed Curtis-Format gemacht haben, und die Widerstände, die wir für die Spannungen verwenden, die der Oszillator erzeugt. Und schließlich haben wir hier die Endmontage für die Schaltungsanzeiger.

Der erste Schritt, um die elektrische Stimulator-Einrichtung zu testen, ist die Ausgangsspannung der Stromversorgung zu überprüfen, um dies zu tun, stellen wir die Stromversorgung parallel und messen die Ausgangsspannung von 12 und 12 Volt zwischen dem Boden und den positiven und negativen Klemmen. Sobald die Ausgangsspannung überprüft ist, können wir fortfahren, jeden Ausgang des Netzteils im Stromeingang der elektrischen Stimulatorvorrichtung zu verbinden. Das weiße Kabel ist der Boden.

Das schwarze Kabel ist die negative Spannung. Und rotes Kabel ist die positive Spannung. Um das Ausgangssignal zu testen, das die elektrische Stimulatorvorrichtung erzeugt, lokalisieren wir eine Kulturbrunnenplatte in der Mitte der Elektroden.

Danach verbinden wir die von der elektrischen Stimulatorvorrichtung erzeugten Ausgangsspannungen an jede parallele Platte. Da wir im wechselalternativen Strom arbeiten, gibt es keine strenge Reihenfolge, die Ausgangsspannung des Oszillators an die Klemmen der Parallelplatte anzuschließen. Zur Überprüfung des Ausgangssignals verwenden wir ein Oszilloskop, das direkt mit jeder Elektrode verbunden ist.

Wenn die C-Neun vom Oszilloskop erfasst wird, haben wir die Amplitude und periode des Signals modifiziert, um die Welle vollständig zu beobachten. In diesem Schritt ist es möglich, die vier Spannungen zu überprüfen, die von der elektrischen Stimulatorvorrichtung erzeugt werden. 50 Volt, 100 Volt, 150 Volt und 200 Volt bei 60 Kilo Hertz, SinuswindForum.

Ähnlich wie bei den elektrischen Feldern wurde eine Rechensimulation implementiert, um die Magnetfeldverteilung zu überprüfen. Eine axisymmetrische Konfiguration wurde verwendet, um die Spule zu simulieren, die aus dem Cooper-Draht und der Luft besteht. Hier wurden unterschiedliche Materialeigenschaften berücksichtigt und die angewandte Frequenz auf 60 Hertz eingestellt.

Nachdem alle Parameter eingeführt wurden, wurde das Modell berechnet, um die Magnetfeldverteilung zu beobachten. Schließlich wurde ein Diagramm durchgeführt, um zu beobachten, wie das Magnetfeld homogen in der Mitte der Spule verteilt ist. Die Magnetfeldgleichung, abgeleitet aus Amperes Gesetz, wurde verwendet, um das Magnetfeld zu berechnen, wobei die magnetische Durchlässigkeit des Vakuums N'die Anzahl der Umdrehungen des Cooper-Drahtes ist.

Ich bin der Strom und h', der nach seinem Durchmesser abgestuft werden soll, ist die Länge der Spule. Die Werte dieser Parameter wurden gewählt, um ein Magnetfeld von zwei Millimetern zu schätzen. Der Schaltkreis zur Erzeugung der Magnetfelder wurde rechnerisch simuliert.

Hierwird der Transformator direkt an den Auslass angeschlossen. Ein variabler Widerstand wurde verwendet, um den Strom zu körperierieren und die Magnetfelder von 1 Millimeter lang zu erzeugen. Zum Schutz der Schaltung wurde eine Sicherung angeschlossen.

Nach der Berechnung wurden die Polymethylmethacrylat-Unterstützung und die Spule nach der Simulation gebaut, die wir eine spezielle Vorrichtung herstellten, um sicherzustellen, dass die Petrischalen in der Mitte der Stimulationsvorrichtung liegen. Danach fertigen wir eine Münze mit 450 Drehungen Draht-Cooper in einem PVC-Rohr, das in der Mitte der Kultur befindet, um ein homogenes Magnetfeld in der Mitte der Spule zu gewährleisten. Danach fertigen wir einen Transformator mit einer Leistung von sechs Volt und einem Ampere, um den Stromkreis zu beleben.

Um das magnetische Simulatorgerät zu testen, haben wir den Strom gemessen, den die Spule erzeugt. Diese Maßnahme wird durch Den Anschluss des Multimeters in Reihe mit der Spule durchgeführt. Sobald wir überprüft haben, dass der Strom etwa ein Ampere ist, wird der Transformator mit der Spule verbunden, um den Strom zu schließen.

Danach wird das Oszilloskop mit den Ausgängen der Spule verbunden, um das Sinussignal bei 60 Hertz zu überprüfen, das durch die magnetische Stimulation erzeugt wird. Wenn Zellkulturen elektrisch stimuliert werden, ist es wichtig, die sterilen Bedingungen zu halten, wenn Kulturmedienveränderungen an den biologischen Proben durchgeführt werden, aus diesem Grund ist es notwendig, die Wähler in die Kabine einzuführen. Sobald die Kulturmedien verändert haben, befindet sich die Kulturbrunnenplatte über der Elektrode.

Um die Zellkulturen in den Inkubator zurückzuführen, befindet sich die untere Elektrode über einer stabilen Oberfläche, um die obere Elektrode auf der Oberseite der Zellkultur zu platzieren. Dann werden die Ausgangskabel des elektrischen Simulatorgeräts an die Endstation jeder Elektrode angeschlossen. Schließlich werden die Wähler sorgfältig in den Inkubator geortet, um die elektrische Stimulation zu starten.

Ähnliche sterile Bedingungen werden berücksichtigt, wenn kulturelle Medien in die biologischen Proben geändert werden, die magnetisch stimuliert werden. Hier werden Petrischalen von 35 Millimetern verwendet, um entweder Zellen, Explanten oder Gerüste zu kultiieren. Sobald kulturmedien verändert sind, müssen Zellkulturen in der Polymethylmethacrylat-Unterstützung lokalisiert werden.

Hier befindet sich jede Petrischale übereinander. Danach wird die Spule sorgfältig über der Stütze lokalisiert, um die Zellkulturen abzudecken. Schließlich befindet sich das magnetische Stimulator im Inkubator, um die magnetische Stimulation zu starten.

Wie Sie sehen können, wurde das elektrische Stimulator-Gerät getestet, um Chondrozyten und Osteoblasten zu stimulieren. Hier haben wir die Proliferation und molekulare Synthese ausgewertet. Der elektrische Stimulator wurde auch getestet, um Chondroepiphysitis zu stimulieren, Explanten, um die morphologischen Veränderungen in der Wachstumsplatte zu bewerten.

Zusätzlich wurden Kultur, mesenchymale STEM-Zellen in Uronsäure und Gelatinehydrogele elektrisch stimuliert, um das kondrogene Differenzierungspotenzial zu bewerten. Auf der anderen Seite wurde ihr magnetisches Stimulator-Gerät getestet, um Chondrozyten zu stimulieren, um sowohl die Proliferation als auch die molekulare Synthese zu bewerten. Die Geräte, die wir in dieser Studie entwickelt haben, um Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden, zählen bei den Elektroden, wenn sie in direktem Kontakt mit dem biologischen Material stehen.

Darüber hinaus stellen diese Geräte einen Vorteil dar, da sie Veränderungen des pH-Wertes und die Verringerung des Molekularkulturgelspiegels verhindern. Spannung und Frequenzen sind wichtige Variablen, die im Moment der Stimulierung biologischer Gewebe zu berücksichtigen sind. Einerseits ist es ein Beweis dafür, dass die Zelldynamik wie Migration, Proliferation, Genexpression unter anderem von der Eignung der angelegten Spannung abhängt.

Andererseits ist nachgewiesen, dass niedrige und hohe Frequenzen einen Effekt über die Zellen haben, insbesondere beim Öffnen und Schließen der Zellmembrankanäle, die unterschiedliche Signalwege auf extra- und intrazellulärer Ebene auslösen. Insgesamt kann dieses ähnliche Gerät auf klinische Umgebungen extrapoliert werden, um regenerative Therapien wie die zelluläre alternative Implantation zu verbessern. Diese Art der Behandlung kombiniert In-vitro- und In-vivo-Techniken zur Geweberegeneration.

Hier könnten die elektrischen und magnetischen Stimulatoren eine Schlüsselrolle bei der Stimulation biologischer Materialien spielen, indem sie die zellulären und molekularen Eigenschaften von Zellen, Geweben und Gerüsten verbessern, bevor sie in den Patienten implantiert werden.