أجهزة المجال الكهربائي والمغناطيسي لتحفيز الأنسجة البيولوجية

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.