Name: electric and magnetic field devices for stimulation of biological tissues
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues at JoVE.com

ويشكر أصحاب البلاغ الدعم المالي الذي قدمته مؤسسة فينانسيامينتو بارا لا سينسيا، لا تكنولوجيا، إي لا إنوفاسيون - فوندو فرانسيسكو خوسيه دي كالداس - مينسينوسياس" وجامعة كولومبيا الوطنية من خلال المنحة رقم 80740-290-2020 والدعم الذي تلقته شركة فالتيام للتكنولوجيا - البحث والابتكار لتوفير المعدات والدعم التقني في طبعة الفيديو.

1. محاكاة صناديق الاستثمار الإلكترونية وصناديق الاستثمار المتداولة
ملاحظة: تم تنفيذ محاكاة من EFs و MFs في COMSOL Multiphysics.
<ol><li>حدد تكوينا 2D محوري لتمثيل كلا المجالين الكهربائية والمغناطيسية.</li>
	<li>في التكوين الفيزيائي، حدد إما واجهة التيار الكهربائي لحساب EFs في أقطاب كه?...

العلاجات المستخدمة لعلاج الأمراض المختلفة التي تؤثر على الأنسجة البشرية هي العلاجات الدوائية32 أو التدخلات الجراحية33، والتي تسعى إلى تخفيف الألم محليا أو استبدال الأنسجة المصابة بالنباتات أو عمليات الزرع. في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح العلاج الذاتي بالخلايا كع...

وقد ثبت أن صناديق الاستثمار الإلكترونية والصناديق متعددة الخلايا تعدل ديناميكيات الخلايا، مما يحفز الانتشار ويزيد من تركيب الجزيئات الرئيسية المرتبطة بالمصفوفة خارج الخلية للأنسجة1. يمكن تطبيق هذه المحفزات الفيزيائية الحيوية بطرق مختلفة باستخدام إعدادات وأجهزة محددة. وفيما يتعلق بالأجهزة لتوليد EFs، تستخدم المحفزات المباشرة اقتران الأقطاب الكهربائية التي هي في اتصال مع العينات البيولوجية في المختبر أو زرعها مباشرة في أنسجة المرضى والحيوانات في الجسم الحي2؛ ومع ذلك، لا تزال هناك قيود وأوجه القصور التي تشمل عدم كفاية التوافق البيولوجي من قبل الأقطاب الكهربائية في اتصال، والتغيرات في مستويات الحموضة والأوكسجين الجزيئي1. على العكس من ذلك ، تولد أجهزة الاقتران غير المباشرة EFs بين قطبين كهربائيين ، يتم وضعها بالتوازي مع العينات البيولوجية3، مما يسمح بتقنية بديلة غير غازية لتحفيز العينات البيولوجية وتجنب الاتصال المباشر بين الأنسجة والأقطاب الكهربائية. يمكن استقراء هذا النوع من الأجهزة للتطبيقات السريرية المستقبلية لإجراء إجراءات مع الحد الأدنى من الغزو للمريض. فيما يتعلق بالأجهزة التي تولد MFs ، تخلق محفزات الاقتران الاستقرائي تيارا كهربائيا متغيرا زمنيا ، يتدفق من خلال لفائف تقع حول ثقافات الخلايا4و5. وأخيرا، هناك أجهزة مجتمعة، والتي تستخدم صناديق الاستثمار الإلكترونية وFS ثابت لتوليد المجالات الكهرومغناطيسيةعابرة 1. وبالنظر إلى وجود تكوينات مختلفة لتحفيز العينات البيولوجية، فمن الضروري النظر في متغيرات مثل التوتر والتردد عند تطبيق المحفزات الفيزيائية الحيوية. الجهد هو متغير مهم ، لأنه يؤثر على سلوك الأنسجة البيولوجية . على سبيل المثال، فقد تبين أن هجرة الخلايا والتوجه والتعبير الجيني تعتمد على اتساع الجهد التطبيقي3،6،7،8،9،10. يلعب التردد دورا مهما في التحفيز البيوفيزيائي ، حيث ثبت أن هذه تحدث بشكل طبيعي في الجسم الحي. وقد ثبت أن الترددات العالية والمنخفضة لها آثار مفيدة على الخلايا؛ خاصة، في قنوات الكالسيوم ذات البوابات الجهد الخلية غشاء أو reticulum endoplasmic، والتي تؤدي مختلف الإشارات المسارات في مستوى داخل الخلية1،7،11.
وفقا لما ذكر أعلاه ، يتكون جهاز لتوليد EFs من مولد جهد متصل بمكثفين متوازيين12. تم تنفيذ هذا الجهاز من قبل ارمسترونغ وآخرون لتحفيز كل من معدل التكاثر والتوليف الجزيئي للشوندروسيتيس13. تم إجراء تكييف لهذا الجهاز من قبل برايتون وآخرون الذين عدلوا صفائح آبار زراعة الخلايا عن طريق حفر أغطية العلوي والسفلي. تم ملء الثقوب بشرائح الغطاء ، حيث تم استخدام النظارات السفلية زراعة الأنسجة البيولوجية. وضعت أقطاب كهربائية على كل شريحة غطاء لتوليد EFs14. تم استخدام هذا الجهاز لتحفيز كهربائيا chondrocytes، والعظام والغضاريف explants، مما يدل على زيادة في انتشار الخلايا14،15،16 والتوليف الجزيئي3،17. ويتكون الجهاز الذي صممه Hartig وآخرون من مولد موجة ومكبر للصوت الجهد، والتي كانت متصلة المكثفات المتوازية. تم صنع أقطاب كهربائية من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة الموجود في علبة عازلة. تم استخدام الجهاز لتحفيز الخلايا العظمية، مما يدل على زيادة كبيرة في الانتشار وإفراز البروتين18. ويتكون الجهاز الذي يستخدمه كيم وآخرون من رقاقة محفز تيار ثنائي الطور، تم بناؤها باستخدام عملية تصنيع أشباه الموصلات التكميلية لأكسيد المعادن عالي الجهد. تم تصميم لوحة بئر الثقافة زراعة الخلايا على سطح موصل مع التحفيز الكهربائي. كانت مغلفة الأقطاب الكهربائية في الذهب على لوحات السيليكون19. تم استخدام هذا الجهاز لتحفيز الخلايا العظمية ، مما يدل على زيادة في انتشار وتوليف عامل النمو البطاني الوعائي19، وتحفيز إنتاج نشاط الفوسفاتاز القلوية وترسب الكالسيوم والبروتينات المورفوجينية العظمية20. وبالمثل، تم استخدام هذا الجهاز لتحفيز معدل التكاثر والتعبير عن عامل النمو البطانية الوعائية من نخاع العظم البشري الخلايا الجذعيةالمتوسطة 21. وكان الجهاز الذي صممه ناكاسوجي وآخرون يتألف من مولد جهد متصل بلوحات البلاتين. تم بناء أقطاب كهربائية لقياس الإمكانات الكهربائية في 24 نقطة مختلفة. تم استخدام هذا الجهاز لتحفيز chondrocytes، مما يدل على أن EFs لم يغير مورفولوجيا الخلايا وزيادة الانتشار والتوليف الجزيئي22. ويتكون الجهاز الذي يستخدمه الاتحاد الافريقي وآخرون من غرفة زجاجية مجهزة بقضيبين كربونيين متصلين بمحفز للقلب بأسلاك بلاتينية. تم استخدام هذا المحفز لتحفيز خلايا القلب والخلايا الليفية ، وتحسين استطالة الخلايا ومحاذاة الخلايا الليفية23.
تم تصنيع أجهزة MF مختلفة على أساس لفائف هيلمهولتز لتحفيز عدة أنواع من العينات البيولوجية. على سبيل المثال، وقد استخدمت لفائف هيلمهولتز لتحفيز الانتشار والتوليف الجزيئي للشوندروسيتيس24،25، وتعزيز تخليق البروتيوغليكان من explants الغضاريف المفصلية26، وتحسين التنظيم الجيني المتعلقة بتكوين العظام من الخلايا الشبيهة بالعظم27، وزيادة الانتشار والتعبير الجزيئي للخلايا البطانية28. لفائف هيلمهولتز تولد MFs في جميع أنحاء اثنين من لفائف تقع واحدة أمام الأخرى. يجب وضع اللفائف بمسافة مساوية لنصف قطر اللفائف لضمان MF متجانسة. ويكمن عيب استخدام لفائف هيلمهولتز في أبعاد الملف ، لأنها تحتاج إلى أن تكون كبيرة بما يكفي لتوليد كثافة MF المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون المسافة بين اللفائف كافية لضمان توزيع متجانس للصناديق متعددة العضلات حول الأنسجة البيولوجية. لتجنب المشاكل الناجمة عن لفائف هيلمهولتز، ركزت دراسات مختلفة على تصنيع لفائف السولينويد. وتستند لفائف سولينويد على أنبوب، وهو الجرح مع الأسلاك النحاسية لتوليد MFs. يمكن توصيل مدخلات الأسلاك النحاسية مباشرة إلى منفذ أو إمدادات الطاقة لتنشيط لفائف وخلق MFs في وسط سولينويد. كلما زاد تحول الملف ، كلما زاد توليد MF. حجم MF يعتمد أيضا على الجهد والتيارات المطبقة لتنشيطلفائف 29. وقد استخدمت لفائف سولينويد لتحفيز نوع مختلف مغناطيسيا من الخلايا مثل هيلا، HEK293 وMCF730 أو الخلايا الجذعية mesenchymal31.
الأجهزة المستخدمة من قبل مختلف المؤلفين لم تنظر في الحجم الكافي للأقطاب الكهربائية أو الطول الصحيح لللفائف لتوزيع متجانسة كل من صناديق الاستثمار المتداولة وFs. وعلاوة على ذلك، تولد الأجهزة الفولتية الثابتة والترددات، والحد من استخدامها لتحفيز الأنسجة البيولوجية محددة. ولهذا السبب، يتم في هذا البروتوكول تنفيذ مبدأ توجيهي للمحاكاة الحاسوبية لمحاكاة كل من النظم السعائية واللفائف لضمان التوزيع المتجانس للصناديق الاستئمانية والصناديق متعددة المؤشرات على العينات البيولوجية، وتجنب تأثير الحافة. بالإضافة إلى ذلك ، يظهر أن تصميم الدوائر الإلكترونية يولد الفولتية والتردد بين الأقطاب الكهربائية واللفائف ، مما يخلق EFs و MFs التي ستتغلب على القيود الناجمة عن مقاومة لوحات الآبار والهواء لثقافة الخلية. وستسمح هذه التعديلات بإنشاء مفاعلات بيولوجية غير غازية ومتكيفة لتحفيز أي أنسجة بيولوجية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Electrical stimulator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational amplifier</td>
			<td>Motorola</td>
			<td>LF-353N</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>22 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>10 k&#937; 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>2.6 k&#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>2.2 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1 k&#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>220 &#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>22 &#937; 
			Quantity: 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>10 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>6.8 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>3.3 &#937; 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester capacitors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1 nF 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyester capacitors</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>100 nF 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VHF Band Amplifier Transistor JFET</td>
			<td>Toshiba</td>
			<td>2SK161</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power transistor BJT NPN</td>
			<td>Mospec</td>
			<td>TIP 31C</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zener diode</td>
			<td>Microsemi</td>
			<td>1N4148</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Switch</td>
			<td>Toogle Switch</td>
			<td>SPDT - T13</td>
			<td>---- 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toroidal ferrite core</td>
			<td>Caracol</td>
			<td>----</td>
			<td>T*22*14*8 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooper wire</td>
			<td>Greenshine</td>
			<td>----</td>
			<td>AWG &#8211; 24 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relimate header with female housing</td>
			<td>ADAFRUIT</td>
			<td>----</td>
			<td>8 pin connectors 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relimate header with female housing</td>
			<td>ADAFRUIT</td>
			<td>----</td>
			<td>2 pin connectors 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female plug terminal connector</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>4mm Lantern Plugs (Plug + Socket) 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Heat Sink</td>
			<td>AWIND</td>
			<td>----</td>
			<td>For TIP 31C transistor 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Led</td>
			<td>CHANZON</td>
			<td>----</td>
			<td>5 mm red 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Integrated circuit socket connector</td>
			<td>Te Electronics Co., Ltd.</td>
			<td>----</td>
			<td>Double row 8-pin DIP 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 pin connectors set</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>JST PH 2.0 
			Quantity: 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 pin screw connectors</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>For PCB 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 pin screw connectors</td>
			<td>STAR</td>
			<td>----</td>
			<td>For PCB 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>P1041 - 4 mm - 15 A 
			Quantity: 7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bullet connectors to banana plug charge lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>4 mm male-male/female-female adapters - 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Case</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>ABS 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrodes</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>Stainless &#8211; steel 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode support</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>Teflon 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stimulator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooper wire</td>
			<td>Greenshine</td>
			<td>----</td>
			<td>AWG &#8211; 18 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AC power plugs</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>120 V AC &#8211; 60 Hz 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana female connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>1Set Dual Injection - 4 mm &#8211; 15 A 
			Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banana male connector test lead</td>
			<td>JIALUN</td>
			<td>----</td>
			<td>1Set Dual Injection - 4 mm 15 A 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture well plate support</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>PMMA 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fuse</td>
			<td>Bussmann</td>
			<td>2A</td>
			<td>---- 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transformer</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>1A &#8211; 6 V AC 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube</td>
			<td>----</td>
			<td>----</td>
			<td>PVC 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable rheostat</td>
			<td>MCP</td>
			<td>BXS150</td>
			<td>10 &#937; 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>General equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital dual source&#160;</td>
			<td>PeakTech</td>
			<td>DG 1022Z</td>
			<td>2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Oscilloscope</td>
			<td>Rigol</td>
			<td>DS1104Z Plus</td>
			<td>100 MHz, bandwidth, 4 channels 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital multimeter</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>F179</td>
			<td>Voltage CC &#8211; CA (1000 V). Current CC &#8211; CA 10 A. Frequency 100 kHz 
			Quantity: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electric and magnetic field devices for stimulation of biological tissues

تستخدم هندسة الأنسجة الحقول الكهربائية (EFs) والمجالات المغناطيسية على نطاق واسع لتحسين ديناميكيات الخلايا مثل الانتشار والهجرة والتمايز والمورفولوجيا والتركيب الجزيئي. ومع ذلك، المتغيرات مثل قوة المحفزات وأوقات التحفيز تحتاج إلى النظر عند تحفيز الخلايا أو الأنسجة أو السقالات. وبالنظر إلى أن الصناديق الاستئمانية والصناديق الاستئمانية تختلف باختلاف الاستجابة الخلوية، لا يزال من غير الواضح كيفية بناء أجهزة تولد محفزات بيوفيزيائية كافية لتحفيز العينات البيولوجية. في الواقع، هناك نقص في الأدلة المتعلقة بالحساب والتوزيع عند تطبيق المحفزات الفيزيائية الحيوية. ويركز هذا البروتوكول على تصميم وتصنيع أجهزة لتوليد الصناديق الاستئمانية وصناديق الثروة السيادية وتنفيذ منهجية حسابية للتنبؤ بتوزيع المحفزات الفيزيائية الحيوية داخل العينات البيولوجية وخارجها. كان جهاز EF يتألف من قطبين متوازيين من الفولاذ المقاوم للصدأ يقعان في أعلى وأسفل الثقافات البيولوجية. تم توصيل الأقطاب الكهربائية بمذبذب لتوليد الفولتية (50 و 100 و 150 و 200 Vp-p) بسرعة 60 كيلوهرتز. كان جهاز MF يتكون من لفائف ، والتي تم تنشيطها بمحول لتوليد تيار (1 A) والجهد (6 V) عند 60 هرتز. تم بناء دعم الميثاكريل متعدد اليميثيل لتحديد الثقافات البيولوجية في منتصف الملف. وقد بينت المحاكاة الحسابية التوزيع المتجانس للصناديق الاستئمانية والصناديق الاستئمانية داخل الأنسجة البيولوجية وخارجها. هذا النموذج الحسابي هو أداة واعدة يمكن أن تعدل المعلمات مثل الفولتية والترددات ومورفولوجيا الأنسجة وأنواع لوحات الآبار والأقطاب الكهربائية وحجم الملف لتقدير EFs و MFs لتحقيق استجابة خلوية.

المحاكاة الحاسوبية يتم عرض توزيعات صناديق الاستثمار الإلكترونية وصناديق الاستثمار المتداولة في الشكل 3. فمن ناحية، كان من الممكن ملاحظة التوزيع المتجانس للصناديق الاستئمانية في نظام السعة(الشكل 3 ألف). تم رسم EF لمراقبة حجم الحقل داخل العينة الب?...

Watch this Scientific Journal Video about Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues at JoVE.com

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

يصف هذا البروتوكول عملية خطوة بخطوة لبناء كل من المحفزات الكهربائية والمغناطيسية المستخدمة لتحفيز الأنسجة البيولوجية. ويتضمن البروتوكول مبدأ توجيهيا لمحاكاة المجالات الكهربائية والمغناطيسية حسابيا وتصنيع أجهزة التحفيز.

أجهزة المجال الكهربائي والمغناطيسي لتحفيز الأنسجة البيولوجية

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

وقد استخدمت التحفيز البيوفيزيائي لتحفيز الخلايا والديناميات الجزيئية في أنسجة مختلفة. قيمت بعض الدراسات تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية في أنواع مختلفة من الخلايا مثل الخلايا الشوندرية وخلايا العظام والخلايا الليفية وغرسات الأنسجة والسقالات. وعلى الرغم من أن أجهزة تحفيز مختلفة قد طورت في إطار السمات المحددة لتحفيز الأنسجة البيولوجية، فمن الضروري تأكيد الأجهزة الكهربائية والمغناطيسية التي يمكن أن يتنوع فيها الجهد والتردد لتحفيز مجموعة واسعة من العينات البيولوجية.تم إجراء المحاكاة الحسابية للتحقق من توزيع المجال الكهربائي في COMSOL Multiphysics. هنا، تم استخدام تكوين محوري لمحاكاة نظام السعة الذي يتكون من قطبين متوازيين، الهواء، لوحة بئر ثقافتنا، وسائل الإعلام الثقافية، والعينة البيولوجية، التي في هذه الحالة، تم تمثيلها بواسطة سقالة. وكانت الخصائص المادية لكل عنصر الموصلية الكهربائية والسماح النسبي.تم تعيين الجهد التطبيقي في 100 فولت، في حين تم تعيين التردد في 60 كيلوهيرتز جيب وين ل. بعد إدخال جميع المعلمات، يتم حساب النموذج لمراقبة توزيع الحقل الكهربائي في جميع الأسطح. لمراقبة بطريقة أكثر تفصيلا توزيع المجال الكهربائي، فمن الممكن لسد المجال الكهربائي في النظام الكامل، داخل السقالة، في وسائل الإعلام الثقافة، في الهواء، وداخل لوحة البئر الثقافية وخارج الأقطاب الكهربائية.الدائرة سوف تولد الحقول الكهربائية، ويستند على مذبذب كوين الجسر. هذا هو تسلسل RCnonthian من رقاقة الوجه الذي يستخدم ردود فعل إيجابية وسلبية على حد سواء. يتكون مذبذب wien الجسر بواسطة شبكة مختبر مضاءة التي هي الجهد التفاعلي مقسمة التي يتم تقسيم الجهد المدخلات من خلال الجمع بين R5 و C2 في سلسلة والجمع بين R6 و C3 في موازاة.لحساب التردد، نستخدم معادلة تردد رنانة حيث F Sub-Zero هو التردد R يساوي R5 يساوي R6 هي المقاومات وC يساوي C2 و C3 هي المكثفات. تم تصميم هذه الدائرة بحيث الجهد المقاوم تقسيم يزيد عندما الناتج الذي يزيد في السعة والجهد المقاوم تقسيم يقلل عندما انتاج الجهد يقلل في السعة. وهكذا، فإن كسب الجهد من مكبر للصوت يبدأ تلقائيا التغييرات السعة من إشارة الإخراج.ثم تم حساب مزيج من المقاومات لتوليد الفولتية العليا الأربعة. وأخيرا، تم تنفيذ مرحلة تصحيح الإشارات من قبل لتضخيم الإشارة مع المحول. بمجرد محاكاة الدائرة ، تم تصنيع لوحة الدوائر المطلية نتيجة لذلك فإن الإشارة الجيبية النهائية التي يولدها المذبذب هي مؤامرة.مرة واحدة يتم محاكاة الدائرة الخطوة التالية هي لبناء مذبذب جسر wien في لوح الخبز هنا، يمكننا اختبار الفولتية الناتج الأربعة والتردد الذي يولد الدائرة. ثم نقوم بتصنيع في لوحة الدوائر المطبوعة المذبذب فعلنا لصيغة ريد كورتيس والمقاومات التي نستخدمها لالجهدية التي تولد المذبذب. وأخيرا لدينا هنا التجميع النهائي لمؤشرات الدائرة.الخطوة الأولى لاختبار جهاز التحفيز الكهربائي هو التحقق من الجهد الناتج من إمدادات الطاقة للقيام بذلك، ونحن ضبط إمدادات الطاقة بالتوازي وقياس الجهد الناتج من 12 و 12 فولت بين الأرض والمحطات الإيجابية والسلبية. مرة واحدة يتم التحقق من الجهد الناتج يمكننا المضي قدما في توصيل كل إخراج من إمدادات الطاقة في المدخلات الحالية للجهاز المحفز الكهربائي. الكابل الأبيض هو الأرض.الكابل الأسود هو الجهد السلبي. والكابل الأحمر هو الجهد الإيجابي. لاختبار إشارة الإخراج التي تولد جهاز التحفيز الكهربائي، نحدد موقع لوحة بئر الثقافة في منتصف الأقطاب الكهربائية.بعد ذلك، نقوم بتوصيل الفولتية الناتجة التي يولدها جهاز التحفيز الكهربائي إلى كل لوحة متوازية. وبالنظر إلى أننا نعمل في التيار بالتناوب ليس هناك ترتيب صارم لربط الجهد الناتج من المذبذب إلى المحطات الطرفية من لوحة موازية. للتحقق من إشارة الإخراج نستخدم منظار الذبذبة، الذي يرتبط مباشرة بكل قطب كهربائي.عندما يتم التقاط C تسعة من قبل منظار الذبذبة قمنا بتعديل سعة وفترة الإشارة لمراقبة الموجة تماما. في هذه الخطوة، فمن الممكن للتحقق من الفولتية الأربعة التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز التحفيز الكهربائي. 50 فولت، 100 فولت، 150 فولت و 200 فولت في 60 كيلو هيرتز، منتدى الرياح جيبي.وعلى غرار المجالات الكهربائية، نفذت محاكاة حسابية للتحقق من توزيع المجال المغناطيسي. تم استخدام تكوين محور القياس لمحاكاة لفائف الذي يتكون من سلك كوبر والهواء. هنا، تم النظر في خصائص المواد المختلفة وتم تعيين التردد التطبيقي في 60 هيرتز.وبعد إدخال جميع البارامترات، حسب النموذج لمراقبة توزيع المجال المغناطيسي. وأخيرا، تم تنفيذ رسم تخطيطي لمراقبة كيفية توزيع المجال المغناطيسي بشكل متجانس في وسط الملف. تم استخدام معادلة الحقل السولينويد ، المستمدة من قانون أمبير لحساب المجال المغناطيسي حيث نفاذية المغناطيسي للفراغ N'is عدد المنعطفات من سلك كوبر.أنا التيار و h'which يجب أن يكون متدرج في قطرها، هو طول الملف. وقد اختيرت قيم هذه المعلمات لتقدير مجال مغناطيسي قدره ملليمتران. تم محاكاة الدائرة لتوليد الحقول المغناطيسية حسابيا.هنا، يتم توصيل المحول مباشرة إلى منفذ. تم استخدام مقاوم متغير لجسم التيار وتوليد الحقول المغناطيسية بطول 1 ملليمتر. تم توصيل فتيل لحماية الدائرة.بمجرد إجراء الحسابات ، تم بناء دعم الميثاكريل متعدد اليميثيل واللفائف بعد إجراء المحاكاة قمنا بتصنيع جهاز خاص لضمان أن أطباق بيتري ستكون موجودة في منتصف جهاز التحفيز. بعد ذلك، ونحن تصنيع عملة معدنية مع 450 يتحول كوبر الأسلاك في أنبوب PVC التي ستكون موجودة في منتصف الثقافة لضمان مجال مغناطيسي متجانسة في منتصف الملف. بعد ذلك ، نقوم بتصنيع محول مع إخراج ست فولت و أمبير واحد لتنشيط الدائرة.لاختبار جهاز المحاكاة المغناطيسية، قمنا بقياس التيار الذي يولده الملف. يتم تنفيذ هذا الإجراء عن طريق ربط متعددة في سلسلة مع لفائف. بمجرد أن تحققنا من أن التيار هو حوالي أمبير واحد يتم توصيل المحول إلى لفائف لإغلاق الدائرة.بعد ذلك ، يتم توصيل الذبذبة إلى مخرجات الملف من أجل التحقق من إشارة جيبية في 60 هيرتز التي يتم إنشاؤها بواسطة التحفيز المغناطيسي. عندما يتم تحفيز ثقافات الخلايا كهربائيا ، من المهم الحفاظ على الظروف العقيمة عندما يتم إجراء تغييرات في الوسائط الثقافية على العينات البيولوجية ، لهذا السبب من الضروري إدخال الناخبين إلى المقصورة. مرة واحدة في وسائل الإعلام الثقافة تغيير الثقافة يقع لوحة جيدا فوق القطب.لإعادة ثقافات الخلية إلى الحاضنة يقع القطب السفلي على سطح مستقر لوضع القطب العلوي على الجزء العلوي من ثقافة الخلية. ثم يتم توصيل كابلات الإخراج لجهاز المحاكاة كهربائيا إلى نهاية كل قطب كهربائي. وأخيرا، يتم تحديد موقع الناخبين بعناية في الحاضنة لبدء التحفيز الكهربائي.وتؤخذ في الاعتبار حالات معقمة مماثلة عندما يتم تغيير الوسائط الثقافية إلى العينات البيولوجية التي يتم تحفيزها مغناطيسيا. هنا، يتم استخدام أطباق بيتري من 35 ملليمتر زراعة الخلايا، explants، أو السقالات. بمجرد تغيير الوسائط الثقافية، يجب أن تكون ثقافات الخلايا موجودة في دعم البولي ميثيل ميثيلهاكريلات.هنا يقع كل طبق بيتري واحد فوق الآخر. بعد ذلك ، يتم تحديد موقع الملف بعناية على الدعم لتغطية ثقافات الخلايا. وأخيرا، يقع جهاز التحفيز المغناطيسي في الحاضنة لبدء التحفيز المغناطيسي.كما ترون، تم اختبار جهاز التحفيز الكهربائي لتحفيز chondrocytes والعظام. هنا، قمنا بتقييم الانتشار والتوليف الجزيئي. كما تم اختبار المحفز الكهربائي لتحفيز التهاب التشوندروبيفيسيتس، النباتات الخارجية لتقييم التغيرات المورفولوجية في لوحة النمو.بالإضافة إلى ذلك ، تم تحفيز الثقافة والخلايا الجذعية الميكنشيمالية في حمض الأورونيك والهيدروجلز الجيلاتين كهربائيا لتقييم إمكانات التمايز condrogenic. من ناحية أخرى ، تم اختبار جهاز التحفيز المغناطيسي لتحفيز chondrocytes لتقييم كل من الانتشار والتوليف الجزيئي. الأجهزة التي طورناها ، في هذه الدراسة تجنب قضايا التوافق التهم من قبل الأقطاب الكهربائية عندما تكون على اتصال مباشر مع المواد البيولوجية.وعلاوة على ذلك، يمثل هذا النوع من الأجهزة ميزة لأنها تمنع التغيرات في الحموضة والحد من مستويات هلام الثقافة الجزيئية. الجهد والترددات هي متغيرات هامة للنظر في لحظة تحفيز الأنسجة البيولوجية. فمن ناحية، كان ذلك دليلا على أن ديناميات الخلية مثل الهجرة، والانتشار، والتعبير الجيني، من بين أمور أخرى، تعتمد على كفاءة الجهد التطبيقي.من ناحية أخرى ، ثبت أن الترددات المنخفضة والعالية لها تأثير على الخلايا خاصة في فتح وإغلاق قنوات غشاء الخلية ، والتي تؤدي إلى مسارات إشارة مختلفة على مستويات إضافية وداخل الخلايا. بشكل عام ، يمكن استقراء هذا الجهاز المماثل للبيئات السريرية لتحسين العلاجات التجديدية مثل الزرع البديل الخلوي. يجمع هذا النوع من العلاج بين تقنيات المختبر وفي الجسم الحي لتجديد الأنسجة.هنا، يمكن أن تلعب المحفزات الكهربائية والمغناطيسية دورا رئيسيا في تحفيز المواد البيولوجية من خلال تحسين السمات الخلوية والجزيئية للخلايا والأنسجة والسقالات قبل زرعها في المريض.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Bioengineering

Unit 1

Current and Resistance

SCIENTISTS IN ACTION

Electric Field-controlled Directed Migration of Neural Progenitor Cells in 2D and 3D Environments

الكهربائية الميدانية التي تسيطر عليها هجرة إخراج من الخلايا العصبية السلف في البيئات 2D و 3D

Endogenous electric fields (EFs) occur naturally in vivo and play a critical role during tissue/organ development and regeneration, including that of the ...

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

ميكروفلويديك أجهزة بسيطة لل<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; التصوير من<em&gt; C. ايليجانس</em&gt;،<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; واسماك الزرد

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

التصوير من الأنسجة البيولوجية بواسطة الامتزاز Electrospray التأين الطيف الكتلي

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement (EFIRM)

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement EFIRM

الكشف عن Exosomal العلامات البيولوجية التي يسببها الميدانية الكهربائية الإصدار والقياس (EFIRM)

Exosomes are microvesicular structures that play a mediating role in intercellular communication. It is of interest to study the internal cargo of ...

Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

الدراسات انجذاب كهربي من الرئة خلايا سرطان باستخدام القنوات المتعددة ثنائي الكهربائية الميدان ميكروفلويديك رقاقة

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

بالتناوب المغناطيسي Microgels الجيلاتين الهجين-الميدان الاستجابة لرقابة الإصدار المخدرات

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

عالية الإنتاجية تحديد البكتيريا البوليمرات طارد للمستلزمات الطبية

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

الآلي الجمعية معالجة السائل الروبوتية أجهزة وحدات الحمض النووي

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Metabolic Support of Excised, Living Brain Tissues During Magnetic Resonance Microscopy Acquisition

دعم الأيضية اقتطعت، أنسجة المخ الحية أثناء الرنين المغناطيسي المجهري اقتناء

This protocol describes the procedures necessary to support normal metabolic functions of acute brain slice preparations during the collection of magnetic ...

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

عالي الاستبانة الزخرفة باستخدام وسائط اثنين من جت اليكتروهيدروديناميك: انخفاض في الطلب والقريبة من حقل اليكتروسبينينج

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...