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

Författarna tackar det ekonomiska stödet från "Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación -Fondo Francisco José de Caldas- Minciencias" och Universidad Nacional de Colombia genom bidraget nr 80740-290-2020 och det stöd som Valteam Tech - Research and Innovation fått för att tillhandahålla utrustning och tekniskt stöd i videons utgåva.

1. Simulering av EU-fonder och MFs
OBS: Simulering av EU och MFs utfördes i COMSOL Multiphysics.
<ol><li>Välj en axisymmetrisk 2D-konfiguration som representerar både domäner elektriska och magnetiska.</li>
	<li>I fysikkonfigurationen väljer du antingen gränssnittet Elektrisk ström för att beräkna EFs i parallella elektroder eller magnetic field-gränssnittet för att beräkna MFs runt spolar.</li>
	<li>I studiekonfigurationen väljer du Fre...

Behandlingar som används för att läka olika patologier som påverkar mänskliga vävnader är farmakologiska terapier32 eller kirurgiskaingrepp 33, som försöker lindra smärta lokalt eller ersätta drabbade vävnader med explanter eller transplantationer. Nyligen har autolog cellterapi föreslagits som en alternativ terapi för att behandla skadade vävnader, där celler isoleras från patienten och utvidgas, genom in vitro-tekniker, för att implanteras på platsen f?...

EU och MFs har visat sig ändra celldynamiken, stimulera spridning och öka syntesen av de viktigaste molekylerna i samband med den extracellulära matrisen avvävnader 1. Dessa biofysiska stimuli kan appliceras på olika sätt med hjälp av specifika inställningar och enheter. När det gäller anordningar för att generera EU-medel använder stimulatorer för direktkoppling elektroder som är i kontakt med biologiska prover in vitro eller implanteras direkt i vävnader hos patienter och djur in vivo2. Det finns dock fortfarande begränsningar och brister som inkluderar otillräcklig biokompatibilitet av elektroderna i kontakt, förändringar i pH- och molekylära syrenivåer1. Tvärtom genererar indirekta kopplingsanordningar EU-filer mellan två elektroder, som placeras parallellt med biologiska prover3, vilket möjliggör en icke-invasiv alternativ teknik för att stimulera biologiska prover och undvika direktkontakt mellan vävnader och elektroder. Denna typ av enhet kan extrapoleras till framtida kliniska applikationer för att utföra förfaranden med minimal invasion till patienten. När det gäller enheter som genererar MFs skapar induktiva kopplingstimulatorer en tidsvarierande elektrisk ström, som strömmar genom en spole som ligger runtcellkulturer 4,5. Slutligen finns det kombinerade enheter, som använder EU och statiska MFs för att generera övergående elektromagnetiska fält1. Med tanke på att det finns olika konfigurationer för att stimulera biologiska prover är det nödvändigt att överväga variabler som spänning och frekvens när biofysiska stimuli appliceras. Spänning är en viktig variabel, eftersom den påverkar beteendet hos biologiska vävnader; till exempel har det visat sig att cellmigration, orientering och genuttryck beror på amplituden av appliceradspänning 3,6,7,8,9,10. Frekvens spelar en viktig roll i biofysisk stimulering, eftersom det har visat sig att dessa förekommer naturligt in vivo. Det har visat sig att höga och låga frekvenser har positiva effekter på celler. särskilt i cellmembranspänningsgrisade kalciumkanaler eller endoplasmiskt retikulum, som utlöser olika signalvägar på intracellulär nivå1,7,11.
Enligt ovan består en anordning för att generera EU-fonder av en spänningsgenerator ansluten till två parallella kondensatorer12. Denna enhet genomfördes av Armstrong et al. för att stimulera både proliferativ hastighet och molekylär syntes av kondrocyter13. En anpassning av denna enhet utfördes av Brighton et al. som modifierade cellkulturens brunnsplattor genom att borra sina övre och nedre lock. Hål fylldes av täckglas, där bottenglasen användes för att odla biologiska vävnader. Elektroder placerades på varje täckrutschbana för att generera EFs14. Denna enhet användes för att elektriskt stimulera kondrocyter, osteoblaster och brosk explanter, visar en ökning av cellproliferation14,15,16 och molekylär syntes3,17. Enheten som designades av Hartig et al. bestod av en våggenerator och en spänningsförstärkare, som var anslutna till parallella kondensatorer. Elektroder tillverkades av högkvalitativt rostfritt stål som ligger i ett isolerande fodral. Enheten användes för att stimulera osteoblaster, visar en betydande ökning av spridning och proteinsekretion18. Enheten som användes av Kim et al. bestod av ett bifasiskt strömstimulatorchip, som byggdes med hjälp av en tillverkningsprocess av kompletterande halvledare av högspänningsmetalloxid. En kultur välplåt utformades för att odla celler över en ledande yta med elektrisk stimulering. Elektroder var belagda i guld över kiselplattor19. Denna anordning användes för att stimulera osteoblaster, vilket visar en ökning av spridningen och syntesen av vaskulär endoteltillväxtfaktor19, och stimulera produktionen av alkalisk fosfatasaktivitet, kalciumdeposition och benmorfogena proteiner20. På samma sätt användes denna anordning för att stimulera proliferativ hastighet och uttryck av vaskulär endotel tillväxtfaktor för mänskliga benmärg mesenchymala stamceller21. Enheten som designades av Nakasuji et al. bestod av en spänningsgenerator ansluten till platinaplattor. Elektroder byggdes för att mäta den elektriska potentialen vid 24 olika punkter. Denna anordning användes för att stimulera kondrocyter, vilket visar att EFs inte ändrade cellmorfologi och ökad spridning och molekylär syntes22. Den anordning som användes av Au et al. bestod av en glaskammare utrustad med två kolstavar anslutna till en hjärtstimulator med platinatrådar. Denna stimulator användes för att stimulera kardiomyocyter och fibroblaster, förbättra cellförlängning och fibroblast inriktning23.
Olika MF-enheter har tillverkats baserat på Helmholtz spolar för att stimulera flera typer av biologiska prover. Till exempel har Helmholtz spolar använts för att stimulera spridning och molekylär syntes av kondrocyter24,25, förbättra proteoglykansyntesen av artikulär brosk explanter26, förbättra genuppreglering relaterad till benbildning av osteoblastliknande celler27, och öka spridningen och molekylära uttrycket av endotelceller28. Helmholtz spolar genererar MFs i två spolar som ligger framför varandra. Spolarna skall placeras med ett avstånd som motsvarar spolens radie för att säkerställa ett homogent MF. Nackdelen med att använda Helmholtz spolar ligger i spoldimensionerna, eftersom de måste vara tillräckligt stora för att generera den önskade MF-intensiteten. Dessutom måste avståndet mellan spolarna vara tillräckligt för att säkerställa en homogen fördelning av MFs runt biologiska vävnader. För att undvika problem orsakade av Helmholtz spolar har olika studier fokuserats på solenoidspolar tillverkning. Solenoidspolar är baserade på ett rör, som lindas med koppartråd för att generera MFs. Koppartrådsingångar kan anslutas direkt till uttaget eller en strömförsörjning för att driva spolen och skapa MFs i mitten av solenoiden. Ju fler varv spolen har, desto större är MF-genererad. MF-magnituden beror också på spänningen och strömmen som appliceras för att ge ström åtspolen 29. Solenoidspolar har använts för att stimulera magnetiskt olika typer av celler som HeLa, HEK293 och MCF730 eller mesenkymala stamceller31.
Produkter som används av olika upphovsmän har inte beaktat vare sig elektrodernas tillräckliga storlek eller rätt längd på spolen för att homogent distribuera både EUF och MFs. Dessutom genererar enheter fasta spänningar och frekvenser, vilket begränsar deras användning för att stimulera specifika biologiska vävnader. Av denna anledning utförs i detta protokoll en riktlinje för beräkningssimulering för att simulera både kapacitiva system och spolar för att säkerställa homogen fördelning av EU och MFs över biologiska prover, vilket undviker kanteffekten. Dessutom visas att utformningen av elektroniska kretsar genererar spänningar och frekvens mellan elektroderna och spolen, vilket skapar EU-fonder och MFs som kommer att övervinna begränsningar som orsakas av impedans av cellkulturbrunnplattor och luft. Dessa modifieringar kommer att göra det möjligt att skapa icke-invasiva och adaptiva bioreaktorer för att stimulera någon biologisk vävnad.

<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

Elektriska fält (EFs) och magnetfält (MFs) har använts i stor utsträckning av vävnadsteknik för att förbättra celldynamiken som spridning, migrering, differentiering, morfologi och molekylär syntes. Variabler som stimuli styrka och stimuleringstider måste dock beaktas när man stimulerar antingen celler, vävnader eller byggnadsställningar. Med tanke på att EU och MFs varierar beroende på cellulärt svar är det fortfarande oklart hur man bygger enheter som genererar adekvata biofysiska stimuli för att stimulera biologiska prover. I själva verket finns det brist på bevis för beräkningen och fördelningen när biofysiska stimuli tillämpas. Detta protokoll är inriktat på konstruktion och tillverkning av produkter för att generera EU-fonder och MFs och implementering av en beräkningsmetodik för att förutsäga biofysisk stimulifördelning inom och utanför biologiska prover. EF-enheten bestod av två parallella elektroder av rostfritt stål som ligger högst upp och längst ner i biologiska kulturer. Elektroder var anslutna till en oscillator för att generera spänningar (50, 100, 150 och 200 Vp-p) vid 60 kHz. MF-enheten bestod av en spole, som strömförseddes med en transformator för att generera en ström (1 A) och spänning (6 V) vid 60 Hz. Ett polymethylmetylmetakrylatstöd byggdes för att lokalisera de biologiska kulturerna i mitten av spolen. Beräkningssimuleringen belyses den homogena fördelningen av EU och MFs inom och utanför biologiska vävnader. Denna beräkningsmodell är ett lovande verktyg som kan ändra parametrar som spänningar, frekvenser, vävnadsmorfologier, brunnsplattatyper, elektroder och spolestorlek för att uppskatta EU och MFs för att uppnå ett cellulärt svar.

Beräkningssimulering Fördelningar av EUF och MFs visas i figur 3. Å ena sidan var det möjligt att observera den homogena fördelningen av EU-fonder i kapacitivsystemet (figur 3A). Ef ritades för att i detalj observera fältets storlek inuti det biologiska provet (figur 3B). Denna simulering var användbar för att parametrisera storleken på elektroderna och tillverka dem för att undvika kanteffekten. Å an...

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

Detta protokoll beskriver steg-för-steg-processen för att bygga både elektriska och magnetiska stimulatorer som används för att stimulera biologiska vävnader. Protokollet innehåller en riktlinje för att simulera beräknings elektriska och magnetiska fält och tillverkning av stimulatorenheter.

Elektriska och magnetiska fältenheter för stimulering av biologiska vävnader

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 använts för att stimulera cell- och molekylärdynamiken i olika vävnader. Vissa studier har utvärderat effekten av elektriska och magnetiska fält i olika typer av celler som kondrocyter, osteoblaster och fibroblaster, vävnadsimplantat och byggnadsställningar. Även om olika stimulerande anordningar har utvecklats under de specifika egenskaperna för att stimulera biologiska vävnader, är det nödvändigt att bekräfta elektriska och magnetiska anordningar där spänningen och frekvensen kan varieras för att stimulera ett brett spektrum av biologiska prover.Beräkningssimuleringen för att verifiera den elektriska fältfördelningen utfördes i COMSOL Multiphysics. Här användes en axeletrisk konfiguration för att simulera det kapacitiva systemet som består av två parallella elektroder, luften, vår kulturbrunnplatta, odlingsmedierna och det biologiska provet, som i detta fall har representerats av en byggnadsställning. Materialegenskaperna hos varje element var den elektriska ledningsförmågan och den relativa tillståndsrätten.Den applicerade spänningen sattes till 100 volt, medan frekvensen sattes till 60 kilohertz sine Wien för. När alla parametrar har införts beräknas modellen observera den elektriska fältfördelningen på alla ytor. För att på ett mer detaljerat sätt observera den elektriska fältfördelningen är det möjligt att ansluta det elektriska fältet i hela systemet, i ställningen, i kulturmedierna, i luften och inom den kulturella brunnsplattan och utanför elektroderna.Kretsen kommer att generera de elektriska fälten, är baserad på bron wien oscillator. Detta är en RCnonthian sekvens av ansiktschip som använder både positiv och negativ feedback. Bridge wien oscillator består av ett upplyst labbnätverk som är en reaktiv spänning uppdelad i vilken ingångsspänningen divideras med kombinationen mellan R5 och C2 i serie och av kombinationen mellan R6 och C3 parallellt.För att beräkna frekvensen använder vi en resonansfrekvensekvation där F Sub-Zero är frekvens R lika med R5 lika med R6 är motstånden och C lika med C2 och C3 är kondensatorerna. Denna krets är utformad så att resistiv spänning uppdelad ökar när utgången som ökar i amplitud och resistiv spänning uppdelad minskar när de utgångsspänningen minskar i amplitud. Således börjar förstärkarens spänningsförstärkningar automatiskt förstärkarens förändringar av utgångssignalen.Sedan beräknades en kombination av motstånd för att generera de fyra övre spänningarna. Slutligen genomfördes ett signalanifieringssteg tidigare för att förstärka signalen med transformatorn. När kretsen simulerades tillverkades det målade kretskortet som ett resultat av att den slutliga sinusformade signalen som genereras av oscillatorn är plot.När kretsen har simulerats är nästa steg att bygga wienbrons oscillator i en brödbräda här, vi kan testa de fyra utgångsspänningarna och frekvensen som genererar kretsen. Sedan tillverkar vi i ett tryckt kretskort oscillatorn vi gjorde för Reed Curtis-format och de motstånd som vi använder för de spänningar som oscillatorn genererar. Och slutligen har vi här slutmonteringen för kretsindikatorerna.Det första steget för att testa den elektriska stimulatoranordningen är att verifiera strömförsörjningens utspänning för att göra detta, vi justerar strömförsörjningen parallellt och mäter utgångsspänningen på 12 och 12 volt mellan marken och de positiva och negativa terminalerna. När utgångsspänningen har verifierats kan vi fortsätta att ansluta varje utgång av strömförsörjningen i strömingången på den elektriska stimulatorenheten. Den vita kabeln är marken.Den svarta kabeln är den negativa spänningen. Och röd kabel är den positiva spänningen. För att testa utgångssignalen som genererar den elektriska stimulatoranordningen lokaliserar vi en kulturbrunnplatta i mitten av elektroderna.Därefter ansluter vi utgångsspänningarna som genereras av den elektriska stimulatorenheten till varje parallellplatta. Med tanke på att vi arbetar i växelström finns det ingen strikt ordning för att ansluta oscillatorns utgångsspänning till parallellplattans terminaler. För att verifiera utgångssignalen använder vi ett Oscilloskop, som är anslutet direkt till varje elektrod.När C nio fångas av Oscilloscope ändrade vi amplituden och perioden av signalen för att observera vågen helt. I det här steget är det möjligt att verifiera de fyra spänningarna som genereras av den elektriska stimulatorenheten. 50 volt, 100 volt, 150 volt och 200 volt vid 60 kilo Hertz, sinusvindsforum.I likhet med de elektriska fälten genomfördes en beräkningssimulering för att verifiera magnetfältsfördelningen. En axisymmetrisk konfiguration användes för att simulera spolen som består av coopertråden och luften. Här övervägdes olika materialegenskaper och den tillämpade frekvensen sattes till 60 Hertz.Efter att alla parametrar introducerades beräknades modellen för att observera magnetfältfördelningen. Slutligen utfördes ett diagram för att observera hur magnetfältet fördelas homogent i mitten av spolen. Solenoidfältekvationen, härledd från Amperes lag, användes för att beräkna magnetfältet där vakuumet N'is magnetiska permeabilitet är antalet varv på Cooper-tråden.Jag är strömmen och h'som ska graderas med dess diameter, är spolens längd. Värdena för dessa parametrar valdes för att uppskatta ett magnetfält på två millimeter. Kretsen för att generera magnetfälten simulerades beräkningsmässigt.Här ansluts transformatorn direkt till uttaget. Ett variabelt motstånd användes för att karossa strömmen och generera magnetfälten på 1 millimeter långa. En säkring var ansluten för att skydda kretsen.När beräkningarna utfördes, polymethyl metakrylat stöd och spolen byggdes Efter simuleringen utfördes tillverkade vi en speciell enhet för att säkerställa att Petri-diskarna kommer att placeras i mitten av stimuleringsanordningen. Därefter tillverkar vi ett mynt med 450 varv tråd cooper i ett PVC-rör som kommer att ligga mitt i kulturen för att säkerställa ett homogent magnetfält i mitten av spolen. Därefter tillverkar vi en transformator med en utgång på sex volt och en Ampere för att ge ström åt kretsen.För att testa magnetsimulatoranordningen mätte vi strömmen som spolen genererar. Detta mått utförs genom att koppla samman multimetern i serie med spolen. När vi har verifierat att strömmen är ungefär en Ampere är transformatorn ansluten till spolen för att stänga kretsen.Därefter är oscilloskopet anslutet till spolens utgångar för att verifiera sinussignalen vid 60 Hertz som genereras av den magnetiska stimuleringen. När cellkulturer stimuleras elektriskt är det relevant att hålla de sterila förhållandena när kulturmedier ändras till de biologiska proverna, därför är det nödvändigt att introducera väljarna i kabinen. När kulturmedierna har bytt kulturbrunnsplatta ligger ovanför elektroden.För att återföra cellkulturerna till inkubatorn ligger den nedre elektroden över en stabil yta för att placera den övre elektroden på toppen av cellkulturen. Sedan ansluts utgångskablarna från den elektriskt simulatorenheten till ändstationen för varje elektrod. Slutligen placeras väljarna försiktigt i inkubatorn för att starta den elektriska stimuleringen.Liknande sterila förhållanden beaktas när kulturmedier ändras till de biologiska prover som stimuleras magnetiskt. Här används petriskålar på 35 millimeter för att odla antingen celler, explanter eller byggnadsställningar. När kulturmedierna har förändrats måste cellkulturer placeras i stödet för polymethylmetakrylat.Här ligger varje Petri-maträtt ovanför den andra. Därefter placeras spolen noggrant över stödet för att täcka cellkulturerna. Slutligen är den magnetiska stimulatoranordningen placerad i inkubatorn för att starta den magnetiska stimuleringen.Som ni kan se har den elektriska stimulatorenheten testats för att stimulera kondrocyter och osteoblaster. Här har vi utvärderat spridningen och molekylär syntesen. Den elektriska stimulatorn har också testats för att stimulera kondroepiphysitis, explanter för att bedöma de morfologiska förändringarna i tillväxtplattan.Dessutom har kultur, mesenkymala STAMceller i urinsyra och gelatinhydrgeler stimulerats elektriskt för att utvärdera den condrogenic differentiering potentialen. Å andra sidan har deras magnetiska stimulatoranordning testats för att stimulera kondrocyter att utvärdera både spridning och molekylär syntes. De enheter som vi utvecklade, i denna studie undviker kompatibilitetsproblem räknas av elektroderna när de är i direkt kontakt med det biologiska materialet.Dessutom utgör denna typ av enheter en fördel eftersom de förhindrar förändringarna i pH och minskningen av de molekylära odlingsgelnivåerna. Spänning och frekvenser är viktiga variabler att tänka på vid tidpunkten för stimulerande biologiska vävnader. Å ena sidan har det varit bevis för att celldynamiken som migration, spridning, genuttryck bland annat beror på den applicerade spänningens lämplighet.Å andra sidan har det bevisats att låga och höga frekvenser har en effekt över cellerna, särskilt vid öppning och stängning av cellmembrankanalerna, vilket utlöser olika signalvägar vid extra och intracellulära nivåer. Sammantaget kan denna liknande enhet extrapoleras till kliniska miljöer för att förbättra regenerativa terapier som cellulära alternativa implantation. Denna typ av behandling kombinerar in vitro- och in vivo-tekniker för vävnadsregenerering.Här kan de elektriska och magnetiska stimulatorerna spela en nyckelroll i stimuleringen av biologiska material genom att förbättra cellulära och molekylära egenskaper hos celler, vävnader och byggnadsställningar innan de implanteras i patienten.

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

Electric Field-kontrollerad Riktad Migration av neurala stamceller i 2D-och 3D-miljöer

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

Enkla mikroflödessystem enheter för<em&gt; In vivo</em&gt; Avbildning av<em&gt; C. elegans</em&gt;,<em&gt; Drosophila</em&gt; Och zebrafisk

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 biologiska vävnader genom desorption elektrospray masspektrometri

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

Upptäckt av Exosomal Biomarker från Electric Field-inducerad Release och värdering (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 lungcancerceller med användning av en Multichannel dubbla elektriskt fält mikroflödes 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

Alternerande magnetfält-Responsive Hybrid Gelatin Mikrogeler för kontrollerad läkemedelsdosering

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

Hög genomströmning identifiering av bakterier Repellent Polymers för medicintekniska produkter

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

Automatiserad robot vätskehantering montering av modulära 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

Metabolt stöd av censurerade, levande hjärnans vävnader under magnetresonans mikroskopi förvärvet

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

Högupplösta mönstring med två lägen av Electrohydrodynamic Jet: släpp på efterfrågan och nära-fält 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 ...