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

Forfatterne takker den økonomiske støtten fra "Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación -Fondo Francisco José de Caldas- Minciencias" og Universidad Nacional de Colombia gjennom stipendet Nr. 80740-290-2020 og støtten mottatt av Valteam Tech - Research and Innovation for å gi utstyr og teknisk støtte i utgaven av videoen.

1. Simulering av EFer og MFs
MERK: Simulering av EFer og MFs ble utført i COMSOL Multiphysics.
<ol><li>Velg en aksisymmetrisk 2D-konfigurasjon som representerer både domener som er elektriske og magnetiske.</li>
	<li>I den fysiske konfigurasjonen velger du enten det elektriske strømgrensesnittet for å beregne EFer i parallelle elektroder eller magnetfeltgrensesnittet for å beregne MFer rundt spoler.</li>
	<li>I studiekonfigurasjonen velger du Fr...

Behandlinger som brukes til å helbrede forskjellige patologier som påvirker humant vev er farmakologiske terapier32 eller kirurgiske inngrep33, som søker å lindre smerte lokalt eller erstatte berørte vev med explants eller transplantasjoner. Nylig har autolog celleterapi blitt foreslått som en alternativ terapi for å behandle skadet vev, hvor celler er isolert fra pasienten og utvidet, gjennom in vitro-teknikker, som skal implanteres på skadestedet...

EFer og MFs har vist seg å endre celledynamikk, stimulere spredning og øke syntesen av de viktigste molekylene knyttet til den ekstracellulære matrisen av vev1. Disse biofysiske stimuliene kan brukes på forskjellige måter ved å bruke spesifikke innstillinger og enheter. Når det gjelder enhetene for å generere EFer, bruker direkte koblingstimulatorer elektroder som er i kontakt med biologiske prøver in vitro eller implantert direkte i vev av pasienter og dyr in vivo2; Det er imidlertid fortsatt begrensninger og mangler som inkluderer utilstrekkelig biokompatibilitet av elektrodene i kontakt, endringer i pH og molekylær oksygennivå1. Tvert imot genererer indirekte koblingsenheter EFer mellom to elektroder, som er plassert parallelt med biologiske prøver3, slik at en ikke-invasiv alternativ teknikk kan stimulere biologiske prøver og unngå direkte kontakt mellom vev og elektroder. Denne typen enhet kan ekstrapoleres til fremtidige kliniske applikasjoner for å utføre prosedyrer med minimal invasjon til pasienten. I forhold til enheter som genererer MFer, skaper induktive koblingstimulatorer en tidsvarierende elektrisk strøm, som strømmer gjennom en spole som ligger rundt cellekulturer4,5. Til slutt er det kombinerte enheter, som bruker EFer og statiske MFer til å generere forbigående elektromagnetiske felt1. Gitt at det er forskjellige konfigurasjoner for å stimulere biologiske prøver, er det nødvendig å vurdere variabler som spenning og frekvens når biofysiske stimuli påføres. Spenning er en viktig variabel, siden den påvirker oppførselen til biologisk vev; For eksempel har det vist seg at cellemigrasjon, orientering og genuttrykk avhenger av amplituden til anvendt spenning3,6,7,8,9,10. Frekvens spiller en viktig rolle i biofysisk stimulering, da det har blitt bevist at disse forekommer naturlig in vivo. Det har vist seg at høye og lave frekvenser har gunstige effekter på celler; spesielt i cellemembranspenningsporterte kalsiumkanaler eller endoplasmic retikulum, som utløser forskjellige signalveier på intracellulært nivå1,7,11.
I følge ovennevnte består en enhet for å generere EFer av en spenningsgenerator koblet til to parallelle kondensatorer12. Denne enheten ble implementert av Armstrong et al. for å stimulere både spredningshastigheten og den molekylære syntesen av kondrocytter13. En tilpasning av denne enheten ble utført av Brighton et al. som modifiserte cellekulturbrønnplater ved å bore topp- og bunnlokkene. Hullene ble fylt av dekselsklier, hvor bunnbrillene ble brukt til å dyrke biologisk vev. Elektroder ble plassert på hvert dekselsklie for å generere EFer14. Denne enheten ble brukt til å stimulere kondrocytter, osteoblaster og bruskplanter elektrisk, noe som viser en økning i celleproliferasjon14,15,16 og molekylær syntese3,17. Enheten designet av Hartig et al. besto av en bølgegenerator og en spenningsforsterker, som var koblet til parallelle kondensatorer. Elektroder ble laget av rustfritt stål av høy kvalitet plassert i et isolerende etui. Enheten ble brukt til å stimulere osteoblaster, som viser en betydelig økning i spredning og proteinsekresjon18. Enheten som brukes av Kim et al. besto av en bifasisk strømstimulatorbrikke, som ble bygget ved hjelp av en produksjonsprosess av komplementære halvledere av høyspent metalloksid. En kulturbrønnplate ble designet for å dyrke celler over en ledende overflate med elektrisk stimulering. Elektroder ble belagt i gull over silisiumplater19. Denne enheten ble brukt til å stimulere osteoblaster, som viser en økning i spredning og syntese av vaskulær endotel vekstfaktor19, og stimulerer produksjonen av alkalisk fosfataseaktivitet, kalsiumavsetning og benmorfogene proteiner20. På samme måte ble denne enheten brukt til å stimulere spredningshastigheten og uttrykket for vaskulær endotel vekstfaktor for menneskelig benmarg mesenchymale stamceller21. Enheten designet av Nakasuji et al. var sammensatt av en spenningsgenerator koblet til platinaplater. Elektroder ble bygget for å måle det elektriske potensialet på 24 forskjellige punkter. Denne enheten ble brukt til å stimulere kondrocytter, som viste at EFer ikke endret cellemorfologi og økt spredning og molekylær syntese22. Enheten som brukes av Au et al. besto av et glasskammer utstyrt med to karbonstenger koblet til en hjertestimulator med platinatråder. Denne stimulatoren ble brukt til å stimulere kardiomyocytter og fibroblaster, forbedre celleforlengelse og fibroblastjustering23.
Ulike MF-enheter er produsert basert på Helmholtz-spoler for å stimulere til flere typer biologiske prøver. For eksempel har Helmholtz-spoler blitt brukt til å stimulere spredning og molekylær syntese av kondrocytter24,25, forbedre proteoglykansyntese av leddbrusk explants26, forbedre gen upregulering relatert til beindannelse av osteoblastlignende celler27, og øke spredning og molekylær uttrykk for endotelceller28. Helmholtz-spoler genererer MFs gjennom to spoler som ligger den ene foran den andre. Spolene må plasseres med en avstand som er lik spolens radius for å sikre en homogen MF. Ulempen med å bruke Helmholtz-spoler ligger i spoledimensjonene, fordi de må være store nok til å generere den nødvendige MF-intensiteten. I tillegg må avstanden mellom spoler være tilstrekkelig for å sikre en homogen fordeling av MFs rundt biologisk vev. For å unngå problemer forårsaket av Helmholtz-spoler, har forskjellige studier vært fokusert på solenoidspoler produksjon. Solenoidspoler er basert på et rør, som er såret med kobbertråd for å generere MFs. Kobbertrådinnganger kan kobles direkte til stikkontakten eller en strømforsyning for å energisere spolen og lage MFs i midten av spolen. Jo flere svinger spolen har, jo større genereres MF. MF-størrelsen avhenger også av spenningen og strømmen som påføres for å energisere spolen29. Solenoidspoler har blitt brukt til å stimulere magnetisk forskjellige typer celler som HeLa, HEK293 og MCF730 eller mesenchymale stamceller31.
Enheter som brukes av forskjellige forfattere har ikke vurdert verken tilstrekkelig størrelse på elektroder eller riktig lengde på spolen for homogent å distribuere både EFer og MFs. Videre genererer enheter faste spenninger og frekvenser, noe som begrenser bruken av dem til å stimulere spesifikke biologiske vev. Av denne grunn utføres en beregningssimuleringsretningslinje i denne protokollen for å simulere både kapasitive systemer og spoler for å sikre homogen distribusjon av EFer og MFs over biologiske prøver, og unngå kanteffekten. I tillegg er det vist at utformingen av elektroniske kretser genererer spenninger og frekvens mellom elektrodene og spolen, og skaper EFer og MFs som vil overvinne begrensninger forårsaket av impedans av cellekulturens brønnplater og luft. Disse modifikasjonene vil tillate opprettelse av ikke-invasive og adaptive bioreaktorer for å stimulere ethvert biologisk vev.

<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

Elektriske felt (EFer) og magnetiske felt (MFs) har blitt mye brukt av vevsteknikk for å forbedre celledynamikken som spredning, migrasjon, differensiering, morfologi og molekylær syntese. Variabler som stimuli styrke og stimuleringstider må imidlertid vurderes ved stimulering av enten celler, vev eller stillaser. Gitt at EFer og MFs varierer i henhold til cellulær respons, er det fortsatt uklart hvordan man bygger enheter som genererer tilstrekkelig biofysiske stimuli for å stimulere biologiske prøver. Faktisk er det mangel på bevis angående beregning og distribusjon når biofysiske stimuli påføres. Denne protokollen er fokusert på design og produksjon av enheter for å generere EFer og MFs og implementering av en beregningsmetodikk for å forutsi biofysisk stimulifordeling i og utenfor biologiske prøver. EF-enheten bestod av to parallelle elektroder i rustfritt stål plassert øverst og nederst i biologiske kulturer. Elektroder ble koblet til en oscillator for å generere spenninger (50, 100, 150 og 200 Vp-p) ved 60 kHz. MF-enheten var sammensatt av en spole, som ble strømførende med en transformator for å generere en strøm (1 A) og spenning (6 V) ved 60 Hz. En polymetylmetakrylatstøtte ble bygget for å lokalisere de biologiske kulturene midt i spolen. Beregningssimuleringen belyste den homogene fordelingen av EFer og MFs i og utenfor biologisk vev. Denne beregningsmodellen er et lovende verktøy som kan endre parametere som spenninger, frekvenser, vevsmorfologier, brønnplatetyper, elektroder og spolestørrelse for å estimere EFs og MFs for å oppnå en cellulær respons.

Beregningssimulering Distribusjoner av EFer og MFer vises i figur 3. På den ene siden var det mulig å observere den homogene fordelingen av EFer i kapasitivsystemet (figur 3A). EF ble plottet inn for å observere i detalj størrelsen på feltet inne i den biologiske prøven (Figur 3B). Denne simuleringen var nyttig for å parametrize størrelsen på elektrodene og produsere dem for å unngå kanteffekten. På d...

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

Denne protokollen beskriver den trinnvise prosessen for å bygge både elektriske og magnetiske stimulatorer som brukes til å stimulere biologisk vev. Protokollen inkluderer en retningslinje for å simulere beregningsmessig elektriske og magnetiske felt og produksjon av stimulatorenheter.

Elektriske og magnetiske feltenheter for stimulering av biologisk vev

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

Biofysisk stimulans har blitt brukt til å stimulere cellen og molekylær dynamikk i forskjellige vev. Visse studier har evaluert effekten av elektriske og magnetiske felt i forskjellige typer celler som kondrocytter, osteoblaster og fibroblaster, vevsimplantater og stillaser. Selv om forskjellige stimulatoriske enheter er utviklet under de spesifikke egenskapene for å stimulere biologisk vev, er det nødvendig å bekrefte elektriske og magnetiske enheter der spenningen og frekvensen kan varieres for å stimulere et bredt spekter av biologiske prøver.Beregningssimuleringen for å verifisere den elektriske feltdistribusjonen ble utført i COMSOL Multiphysics. Her ble en akseymetrisk konfigurasjon brukt til å simulere det kapasitive systemet som består av to parallelle elektroder, luften, vår kulturbrønnplate, kulturmediene og den biologiske prøven, som i dette tilfellet har blitt representert av et stillas. Materialegenskapene til hvert element var den elektriske ledningsevnen og den relative tillatelsen.Den påførte spenningen ble satt til 100 volt, mens frekvensen ble satt til 60 kilohertz sinus Wien for. Etter at alle parametrene ble introdusert, beregnes modellen for å observere den elektriske feltfordelingen i alle overflater. For å observere på en mer detaljert måte den elektriske feltfordelingen, er det mulig å koble det elektriske feltet i hele systemet, innenfor stillaset, i kulturmediene, i luften og innenfor den kulturelle brønnplaten og utenfor elektrodene.Kretsen vil generere de elektriske feltene, er basert på broen wien oscillator. Dette er en RCnonthian sekvens av ansiktsbrikke som bruker både positiv og negativ tilbakemelding. Broen wien oscillator er sammensatt av et opplyst laboratorienettverk som er en reaktiv spenning delt der inngangsspenningen er delt av kombinasjonen mellom R5 og C2 i serie og ved kombinasjonen mellom R6 og C3 parallelt.For å beregne frekvensen bruker vi en resonansfrekvensligning der F Sub-Zero er frekvensen R lik R5 lik R6 er motstandene og C lik C2 og C3 er kondensatorene. Denne kretsen er utformet slik at den resistive spenningen som deles øker når utgangen som øker i amplitude og den resistive spenningen delt reduseres når de utgangsspenningen reduseres i amplitude. Dermed starter spenningsforsterkningen til forsterkeren automatisk amplitudeendringene til utgangssignalet.Deretter ble en kombinasjon av motstander beregnet for å generere de fire øvre spenningene. Til slutt ble et signalkorrigeringsstadium implementert før for å forsterke signalet med transformatoren. Når kretsen ble simulert, ble det malte kretskortet produsert som et resultat av at det endelige sinusformede signalet generert av oscillatoren er plottet.Når kretsen er simulert, er neste trinn å bygge wien bridge oscillator i et brødbrett her, kan vi teste de fire utgangsspenningene og frekvensen som genererer kretsen. Deretter produserer vi i et kretskort oscillatoren vi gjorde for Reed Curtis-format og motstandene vi bruker til spenningene som oscillatoren genererer. Og til slutt har vi her den siste monteringen for kretsindikatorene.Det første trinnet for å teste den elektriske stimulatorenheten er å verifisere utgangsspenningen til strømforsyningen for å gjøre dette, vi justerer strømforsyningen parallelt og måler utgangsspenningen på 12 og 12 volt mellom bakken og de positive og negative terminalene. Når utgangsspenningen er bekreftet, kan vi fortsette å koble hver utgang av strømforsyningen i den nåværende inngangen til den elektriske stimulatorenheten. Den hvite kabelen er bakken.Den svarte kabelen er den negative spenningen. Og rød kabel er den positive spenningen. For å teste utgangssignalet som genererer den elektriske stimulatorenheten, finner vi en kulturbrønnplate midt i elektrodene.Deretter kobler vi utgangsspenningene som genereres av den elektriske stimulatorenheten til hver parallellplate. Gitt at vi jobber i alternativ strøm, er det ingen streng rekkefølge for å koble utgangsspenningen til oscillatoren til terminalene på parallellplaten. For å verifisere utgangssignalet bruker vi et Oscilloskop, som er koblet direkte til hver elektrode.Når C ni er fanget av Oscilloskopet, endret vi amplituden og perioden for signalet for å observere bølgen helt. I dette trinnet er det mulig å verifisere de fire spenningene som genereres av den elektriske stimulatorenheten. 50 volt, 100 volt, 150 volt og 200 volt ved 60 kilo Hertz, sinus vindforum.I likhet med de elektriske feltene ble det implementert en beregningssimulering for å verifisere magnetfeltfordelingen. En aksisymmetrisk konfigurasjon ble brukt til å simulere spolen som er sammensatt av cooper-ledningen og luften. Her ble forskjellige materialegenskaper vurdert og den påførte frekvensen ble satt til 60 Hertz.Etter at alle parametrene ble introdusert, ble modellen beregnet for å observere magnetfeltfordelingen. Til slutt ble det utført et diagram for å observere hvordan magnetfeltet er homogent fordelt i midten av spolen. Magnetfeltligningen, avledet fra Ampere's Law, ble brukt til å beregne magnetfeltet der er den magnetiske permeabiliteten til vakuumet N'er antall svinger av Cooper-ledningen.Jeg er strømmen og h'som skal graderes med diameter, er lengden på spolen. Verdiene til disse parametrene ble valgt for å estimere et magnetfelt på to millimeter. Kretsen for å generere magnetfeltene ble beregningsmessig simulert.Her er transformatoren koblet direkte til utløpet. En variabel motstand ble brukt til å kroppen strømmen og generere magnetfeltene på 1 millimeter lang. En sikring ble koblet til for å beskytte kretsen.Når beregningene ble utført, ble polymetylmetakrylatstøtten og spolen bygget Etter at simuleringen ble utført, produserte vi en spesiell enhet for å sikre at Petri-rettene kommer til å være plassert midt i stimuleringsenheten. Etter det produserer vi en mynt med 450 svinger wire cooper i et PVC-rør som kommer til å være plassert midt i kulturen for å sikre et homogent magnetfelt midt i spolen. Etter det produserer vi en transformator med en effekt på seks volt og en Ampere for å energisere kretsen.For å teste den magnetiske simulatorenheten målte vi strømmen som spolen genererer. Dette tiltaket utføres ved å koble multimeteret i serie med spolen. Når vi har bekreftet at strømmen er omtrent en Ampere, er transformatoren koblet til spolen for å lukke kretsen.Deretter er oscilloskopet koblet til utgangene til spolen for å verifisere sinussignalet ved 60 Hertz som genereres av den magnetiske stimuleringen. Når cellekulturer stimuleres elektrisk, er det relevant å holde de sterile forholdene når kulturmedier endres til de biologiske prøvene, derfor er det nødvendig å introdusere velgerne i hytta. Når kulturmediene har endret kulturbrønnplaten ligger over elektroden.For å returnere cellekulturene inn i inkubatoren er den nedre elektroden plassert over en stabil overflate for å plassere den øvre elektroden på toppen av cellekulturen. Deretter kobles utgangskablene til den elektriske simulatorenheten til terminusen til hver elektrode. Til slutt er velgerne nøye plassert i inkubatoren for å starte den elektriske stimuleringen.Lignende sterile forhold vurderes når kulturelle medier endres til de biologiske prøvene som stimuleres magnetisk. Her brukes Petri-retter på 35 millimeter til å dyrke enten celler, explants eller stillaser. Når kulturmedier er endret, må cellekulturer være plassert i polymetylmetakrylatstøtten.Her ligger hver Petri-tallerken over den andre. Deretter er spolen nøye plassert over støtten for å dekke cellekulturene. Til slutt er den magnetiske stimulatorenheten plassert i inkubatoren for å starte den magnetiske stimuleringen.Som du kan se, har den elektriske stimulatorenheten blitt testet for å stimulere kondrocytter og osteoblaster. Her har vi evaluert spredning og molekylær syntese. Den elektriske stimulatoren er også testet for å stimulere kondroepifysitt, utviser for å vurdere de morfologiske endringene i vekstplaten.I tillegg har kultur, mesenchymale stamceller i uronsyre og gelatinhydrgeler blitt elektrisk stimulert for å evaluere det kondrogene differensieringspotensialet. På den annen side har deres magnetiske stimulatorenhet blitt testet for å stimulere kondrocytter for å evaluere både spredning og molekylær syntese. Enhetene vi utviklet, unngår i denne studien kompatibilitetsproblemer som telles av elektrodene når de er i direkte kontakt med det biologiske materialet.Videre representerer denne typen enheter en fordel fordi de forhindrer endringene i pH og reduksjonen av molekylærkulturgelnivåene. Spenning og frekvenser er viktige variabler å vurdere i øyeblikket for å stimulere biologisk vev. På den ene siden har det vært bevis på at celledynamikken som migrasjon, spredning, genuttrykk blant andre, avhenger av evnen til den påførte spenningen.På den annen side har det vist seg at lave og høye frekvenser har en effekt over cellene, spesielt i åpningen og lukkingen av cellemembrankanalene, noe som utløser forskjellige signalveier ved ekstra og intracellulære nivåer. Totalt sett kan denne lignende enheten ekstrapoleres til kliniske miljøer for å forbedre regenerative terapier som cellulær alternativ implantasjon. Denne typen behandling kombinerer in vitro og in vivo teknikker for vev regenerering.Her kan de elektriske og magnetiske stimulatorene spille en nøkkelrolle i stimuleringen av biologiske materialer ved å forbedre de cellulære og molekylære egenskapene til celler, vev og stillaser før de implanteres i pasienten.

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

Elektrisk felt-kontrollert Regissert Migrasjon av Neural stamceller i 2D og 3D miljøer

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

Enkle Microfluidic enheter for<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging av<em&gt; C. elegans</em&gt;,<em&gt; Drosophila</em&gt; Og Sebrafisk

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

Avbildning av biologisk vev ved Desorpsjon Elektrospray Ionization massespektrometri

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

Påvisning av Exosomal Biomarkør av elektrisk felt-indusert Slipp og måling (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

Electrotaxis Studier av lungekreft celler ved hjelp av en Multichannel Dual-elektrisk-felt microfluidic Chip

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

Vekslende magnetfelt-Responsive Hybrid Gelatin mikrogeler for kontrollert legemiddeldosering

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

Høy throughput identifisering av bakterier Repellent Polymers for medisinsk utstyr

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

Automatisert robot flytende håndtering samlingen av modulære DNA enheter

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

Metabolsk støtte forbrukeravgift, levende hjernen vev under magnetisk resonans mikroskopi oppkjøpet

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

Høyoppløselig mønstre ved hjelp av to driftsmoduser Electrohydrodynamic Jet: slipp på etterspørsel og nær-feltet Electrospinning

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