Lo stimolo biofisico è stato utilizzato per stimolare la dinamica cellulare e molecolare in diversi tessuti. Alcuni studi hanno valutato l'impatto dei campi elettrici e magnetici in diversi tipi di cellule come condrociti, osteoblasti e fibroblasti, impianti tissutali e impalcature. Sebbene siano stati sviluppati diversi dispositivi di stimolo sotto le caratteristiche specifiche per stimolare i tessuti biologici, è necessario confermare dispositivi elettrici e magnetici in cui la tensione e la frequenza potrebbero essere varie per stimolare un'ampia gamma di campioni biologici.
La simulazione computazionale per verificare la distribuzione del campo elettrico è stata eseguita in COMSOL Multiphysics. Qui, una configurazione assimetrica è stata utilizzata per simulare il sistema capacitivo che è composto da due elettrodi paralleli, l'aria, la nostra piastra del pozzo di coltura, il terreno di coltura e il campione biologico, che in questo caso è stato rappresentato da un'impalcatura. Le proprietà del materiale di ogni elemento erano la conduttività elettrica e la relativa permittività.
La tensione applicata è stata impostata a 100 volt, mentre la frequenza è stata impostata a 60 kilohertz sine Wien per. Dopo l'introduzione di tutti i parametri, il modello viene calcolato per osservare la distribuzione del campo elettrico in tutte le superfici. Per osservare in modo più dettagliato la distribuzione del campo elettrico, è possibile collegare il campo elettrico nell'impianto completo, all'interno dell'impalcatura, nei mezzi di coltura, nell'aria, nella piastra del pozzo culturale e all'esterno degli elettrodi.
Il circuito genererà i campi elettrici, si basa sull'oscillatore a ponte. Questa è una sequenza RCnonthian di chip facciale che utilizza feedback sia positivi che negativi. L'oscillatore a ponte è composto da una rete di laboratorio illuminata che è una tensione reattiva divisa in cui la tensione di ingresso è divisa per la combinazione tra R5 e C2 in serie e per la combinazione tra R6 e C3 in parallelo.
Per calcolare la frequenza, usiamo un'equazione di frequenza risonante in cui F Sub-Zero è la frequenza R uguale a R5 uguale a R6 sono i resistori e C uguale a C2 e C3 sono i condensatori. Questo circuito è progettato in modo che la tensione resistiva divisa aumenti quando l'uscita che aumenta di ampiezza e la tensione resistiva divisa diminuisce quando la tensione di uscita diminuisce di ampiezza. Pertanto, il guadagno di tensione dell'amplificatore inizia automaticamente i cambiamenti di ampiezza del segnale di uscita.
Quindi è stata calcolata una combinazione di resistori per generare le quattro tensioni superiori. Infine, è stato implementato prima uno stadio di rettifica del segnale per amplificare il segnale con il trasformatore. Una volta simulato il circuito, il circuito verniciato è stato prodotto di conseguenza il segnale sinusoidale finale generato dall'oscillatore è tracciato.
Una volta che il circuito è simulato, il passo successivo è quello di costruire l'oscillatore del ponte di vienna in una breadboard qui, possiamo testare le quattro tensioni di uscita e la frequenza che sta generando il circuito. Quindi produciamo in un circuito stampato l'oscillatore che abbiamo fatto per il formato Reed Curtis e i resistori che usiamo per le tensioni generate dall'oscillatore. E infine abbiamo qui l'assemblaggio finale per gli indicatori del circuito.
Il primo passo per testare il dispositivo di stimolatore elettrico è verificare la tensione di uscita dell'alimentatore per fare questo, adattiamo l'alimentazione in parallelo e misuriamo la tensione di uscita di 12 e 12 volt tra il terreno e i terminali positivi e negativi. Una volta verificata la tensione di uscita possiamo procedere a collegare ogni uscita dell'alimentatore nell'ingresso corrente del dispositivo di stimolatore elettrico. Il cavo bianco è il terreno.
Il cavo nero è la tensione negativa. E il cavo rosso è la tensione positiva. Per testare il segnale di uscita che sta generando il dispositivo di stimolatore elettrico, localizziamo una piastra del pozzo di coltura al centro degli elettrodi.
Successivamente, colleghiamo le tensioni di uscita generate dal dispositivo di stimolatore elettrico a ciascuna piastra parallela. Dato che stiamo lavorando in corrente alternata non esiste un ordine rigoroso di collegare la tensione di uscita dell'oscillatore ai terminali della piastra parallela. Per verificare il segnale di uscita utilizziamo un Oscilloscopio, che è collegato direttamente a ciascun elettrodo.
Quando il C nove viene catturato dall'Oscilloscopio abbiamo modificato l'ampiezza e il periodo del segnale per osservare completamente l'onda. In questo passaggio, è possibile verificare le quattro tensioni generate dal dispositivo di stimolatore elettrico. 50 volt, 100 volt, 150 volt e 200 volt a 60 kilo Hertz, forum del vento del seno.
Simile ai campi elettrici, è stata implementata una simulazione computazionale per verificare la distribuzione del campo magnetico. Una configurazione assimmetrica è stata utilizzata per simulare la bobina composta dal filo di bottaio e dall'aria. Qui sono state prese in considerazione diverse proprietà del materiale e la frequenza applicata è stata impostata su 60 Hertz.
Dopo l'introduzione di tutti i parametri, il modello è stato calcolato per osservare la distribuzione del campo magnetico. Infine, è stato eseguito un diagramma per osservare come il campo magnetico è distribuito in modo omogeneo al centro della bobina. L'equazione di campo solenoide, derivata dalla Legge di Ampere, è stata usata per calcolare il campo magnetico dove è la permeabilità magnetica del vuoto N'è il numero di giri del filo di Cooper.
I'è la corrente e h'che deve essere graduata al suo diametro, è la lunghezza del rotolo. I valori di questi parametri sono stati scelti per stimare un campo magnetico di due millimetri. Il circuito per generare i campi magnetici è stato simulato computazalmente.
Qui, il trasformatore è collegato direttamente alla presa. Un resistore variabile è stato utilizzato per corposare la corrente e generare i campi magnetici lunghi 1 millimetro. Un fusibile era collegato per proteggere il circuito.
Una volta eseguiti i calcoli, il supporto in metacrilato di polimetile e la bobina sono stati costruiti Dopo che è stata eseguita la simulazione abbiamo prodotto un dispositivo speciale per garantire che le piastre di Petri si trovino al centro del dispositivo di stimolazione. Successivamente, produciamo una moneta con 450 giri di cooper metallico in un tubo in PVC che si trova nel mezzo della coltura per garantire un campo magnetico omogeneo al centro della bobina. Successivamente, produciamo un trasformatore con una potenza di sei Volt e un Ampere per energizzare il circuito.
Per testare il dispositivo simulatore magnetico, abbiamo misurato la corrente che la bobina sta generando. Questa misura viene eseguita collegando il multimetro in serie con la bobina. Una volta verificato che la corrente è di circa un Ampere, il trasformatore è collegato alla bobina per chiudere il circuito.
Successivamente, l'oscilloscopio è collegato alle uscite della bobina al fine di verificare il segnale seno a 60 Hertz generato dalla stimolazione magnetica. Quando le colture cellulari vengono stimolate elettricamente è importante mantenere le condizioni steril quando i cambiamenti dei mezzi di coltura vengono eseguiti ai campioni biologici, per questo motivo è necessario introdurre gli elettori nella cabina. Una volta che il supporto di coltura ha cambiato la piastra del pozzo di coltura si trova sopra l'elettrodo.
Per riportare le colture cellulari nell'incubatore, l'elettrodo inferiore si trova su una superficie stabile per posizionare l'elettrodo superiore sulla parte superiore della coltura cellulare. Quindi, i cavi di uscita del dispositivo simulatore elettrico sono collegati al terminale di ogni elettrodo. Infine, gli elettori si trovano accuratamente nell'incubatore per avviare la stimolazione elettrica.
Condizioni sterili simili sono considerate quando i mezzi culturali vengono modificati nei campioni biologici che vengono stimolati magneticamente. Qui, le piastre di Petri di 35 millimetri vengono utilizzate per coltura di cellule, espianto o impalcature. Una volta modificati i mezzi di coltura, le colture cellulari devono essere localizzate nel supporto del polimetilmetacrilato.
Qui ogni piastra di Petri si trova una sopra l'altra. Successivamente, la bobina viene accuratamente posizionata sopra il supporto per coprire le colture cellulari. Infine, il dispositivo di stimolatore magnetico si trova nell'incubatore per avviare la stimolazione magnetica.
Come potete vedere, il dispositivo di stimolatore elettrico è stato testato per stimolare condrociti e osteoblasti. Qui, abbiamo valutato la proliferazione e la sintesi molecolare. Lo stimolatore elettrico è stato anche testato per stimolare la condroepifisi, esplants per valutare i cambiamenti morfologici nella piastra di crescita.
Inoltre, la coltura, le cellule staminali mesenchimali in acido uronico e idrogel di gelatina sono state stimolate elettricamente per valutare il potenziale di differenziazione condrogenica. D'altra parte, il loro dispositivo di stimolatore magnetico è stato testato per stimolare i condrociti a valutare sia la proliferazione che la sintesi molecolare. I dispositivi che abbiamo sviluppato, in questo studio evitano problemi di compatibilità contano gli elettrodi quando sono a diretto contatto con il materiale biologico.
Inoltre, questo tipo di dispositivi rappresenta un vantaggio perché impediscono i cambiamenti nel pH e la riduzione dei livelli di gel di coltura molecolare. Tensione e frequenze sono variabili importanti da considerare al momento di stimolare i tessuti biologici. Da un lato, è stata la prova che le dinamiche cellulari come la migrazione, la proliferazione, l'espressione genica tra gli altri, dipendono dall'attitudine della tensione applicata.
D'altra parte, è stato dimostrato che le basse e alte frequenze hanno un effetto sulle cellule specialmente nell'apertura e chiusura dei canali della membrana cellulare, che innescano diverse vie di segnale a livelli extra e intracellulari. Nel complesso, questo dispositivo simile può essere estrapolato ad ambienti clinici per migliorare le terapie rigenerative come l'impianto alternativo cellulare. Questo tipo di trattamento combina tecniche in vitro e in vivo per la rigenerazione tissutale.
Qui, gli stimolatori elettrici e magnetici potrebbero svolgere un ruolo chiave nella stimolazione dei materiali biologici migliorando le caratteristiche cellulari e molecolari di cellule, tessuti e impalcature prima di essere impiantati nel paziente.
