התקני שדה חשמליים ומגנטיים לגירוי רקמות ביולוגיות

גירוי ביופיזי שימשו כדי לעורר את התא ואת הדינמיקה המולקולרית ברקמות שונות. מחקרים מסוימים העריכו את ההשפעה של שדות חשמליים ומגנטיים בסוגים שונים של תאים כגון כונדרוציטים, אוסטובלסטים ופיברובלסטים, שתלי רקמות ופיגומים. למרות שמכשירי גירוי שונים פותחו תחת התכונות הספציפיות כדי לעורר רקמות ביולוגיות, יש צורך לאשר מכשירים חשמליים ומגנטיים שבהם המתח והתדירות יכולים להיות מגוונים כדי לעורר מגוון רחב של דגימות ביולוגיות.

הסימולציה החישובית לאימות הפצת השדה החשמלי בוצעה במולטי-פיזיקה COMSOL. כאן, נעשה שימוש בתצורה צירית כדי לדמות את המערכת הקיבולית המורכבת משתי אלקטרודות מקבילות, האוויר, צלחת התרבות שלנו, מדיית התרבות והמדגם הביולוגי, שבמקרה זה מיוצג על ידי פיגום. המאפיינים החומריים של כל יסוד היו המוליכות החשמלית וההיתר היחסי.

המתח החל נקבע על 100 וולט, בעוד התדר נקבע על 60 קילוהרץ סינוס וינה עבור. לאחר שהוצגו כל הפרמטרים, המודל מחושב כדי לבחון את התפלגות השדה החשמלי בכל המשטחים. כדי להתבונן בצורה מפורטת יותר בחלוקת השדה החשמלי, ניתן לחבר את השדה החשמלי למערכת המלאה, בתוך הפיגום, במדיית התרבות, באוויר, ובתוך צלחת הבאר התרבותית ומחוץ לאלקטרודות.

המעגל יפיק את השדות החשמליים, מבוסס על מתנד ווינ הגשר. זהו רצף RCnonthian של שבב פנים המשתמש במשוב חיובי ושלילי כאחד. מתנד הווינים של הגשר מורכב מרשת מעבדה מוארת שהיא מתח תגובתי המחולק בו מתח הכניסה מחולק על ידי השילוב בין R5 ל- C2 בסדרה ועל ידי השילוב בין R6 ל- C3 במקביל.

כדי לחשב את התדירות, אנו משתמשים במשוואת תדירות מהדהדת שבה F Sub-Zero הוא התדירות R השווה ל- R5 השווה ל- R6 הם הנגדים ו- C השווה ל- C2 ו- C3 הם הקבלים. מעגל זה מתוכנן כך שהמתח ההתנגדותי המחולק עולה כאשר התפוקה המגדילה משרעת והמתח ההתנגדותי המחולק פוחת כאשר מתח היציאה יורד משרעת. לכן, רווח המתח של המגבר מתחיל באופן אוטומטי את השינויים משרעת של אות היציאה.

לאחר מכן חושב שילוב של נגדים כדי ליצור את ארבעת המתחים העליונים. לבסוף, שלב תיקון אותות יושם לפני כדי להגביר את האות עם השנאי. לאחר שהמעגל היה מדומה, לוח המעגלים הצבועים יוצר כתוצאה מכך האות הסינוסואידי הסופי שנוצר על ידי המתנד הוא עלילה.

ברגע שהמעגל מדומה השלב הבא הוא לבנות את מתנד גשר הווינה בלוח לחם כאן, אנחנו יכולים לבדוק את ארבעת מתחי היציאה ואת התדר שמייצר את המעגל. לאחר מכן אנו מייצרים בלוח מעגלים מודפס את המתנד שעשינו לפורמט ריד קרטיס ואת המתנגדים שאנו משתמשים בהם עבור המתחים שהמתנד מייצר. ולבסוף יש לנו כאן את ההרכבה הסופית של מחווני המעגל.

הצעד הראשון לבדיקת התקן הגירוי החשמלי הוא לאמת את מתח היציאה של ספק הכוח כדי לעשות זאת, אנו מתאימים את ספק הכוח במקביל ומודדים את מתח היציאה של 12 ו -12 וולט בין הקרקע לבין המסופים החיוביים והשליליים. לאחר אימות מתח היציאה אנו יכולים להמשיך לחבר כל יציאה של ספק הכוח בקלט הנוכחי של התקן הגירוי החשמלי. הכבל הלבן הוא האדמה.

הכבל השחור הוא המתח השלילי. וכבל אדום הוא המתח החיובי. כדי לבדוק את אות הפלט שמייצר את מכשיר הגירוי החשמלי, אנו מאתרים צלחת באר תרבות באמצע האלקטרודות.

לאחר מכן, אנו מחברים את מתחי היציאה הנוצרים על ידי מכשיר הגירוי החשמלי לכל צלחת מקבילה. בהתחשב בכך שאנו עובדים בזרם חלופי אין סדר קפדני של חיבור מתח היציאה של המתנד למסופים של הלוח המקביל. כדי לאמת את אות הפלט אנו משתמשים באוסילוסקופ, המחובר ישירות לכל אלקטרודה.

כאשר C תשע נלכד על ידי Oscilloscope שינינו את משרעת ותקופת האות כדי להתבונן בגל לחלוטין. בשלב זה, ניתן לאמת את ארבעת המתחים הנוצרים על ידי התקן הגירוי החשמלי. 50 וולט, 100 וולט, 150 וולט ו-200 וולט ב-60 קילו הרץ, פורום רוח סינוס.

בדומה לשדות החשמליים, סימולציה חישובית יושמה כדי לאמת את התפלגות השדה המגנטי. תצורה צירית שימשה כדי לדמות את סליל אשר מורכב על ידי חוט קופר ואוויר. כאן נשקלו תכונות חומר שונות והתדירות החלה נקבעה על 60 הרץ.

לאחר שהוצגו כל הפרמטרים, המודל חושב כדי לבחון את התפלגות השדה המגנטי. לבסוף, בוצעה דיאגרמה כדי לבחון כיצד השדה המגנטי מופץ הומוגנית במרכז הגליל. משוואת השדה הסולנואידית, הנגזרת מחוק אמפר, שימשה לחישוב השדה המגנטי שבו החדירות המגנטית של הוואקום נ' היא מספר הסיבובים של חוט קופר.

אני הזרם והה'אשר יהיה מדורג בקוטרו, הוא אורך הסליל. הערכים של פרמטרים אלה נבחרו להעריך שדה מגנטי של שני מילימטרים. המעגל ליצירת השדות המגנטיים היה מדומה חישובית.

כאן, השנאי מחובר ישירות לשקע. נגד משתנה שימש לגוף הזרם וליצור את השדות המגנטיים של 1 מילימטר אורך. נתיך היה מחובר כדי להגן על המעגל.

לאחר ביצוע החישובים, התמיכה בפולימתיל מתאקרילאט והסליל נבנו לאחר ביצוע הסימולציה ייצרנו מכשיר מיוחד כדי להבטיח כי צלחות פטרי הולכים להיות ממוקמים באמצע מכשיר הגירוי. לאחר מכן, אנו מייצרים מטבע עם 450 הופך חוט קופר בצינור PVC כי הוא הולך להיות ממוקם באמצע התרבות כדי להבטיח שדה מגנטי הומוגני באמצע סליל. לאחר מכן, אנו מייצרים שנאי עם תפוקה של שישה וולט ואמפר אחד להמריץ את המעגל.

כדי לבדוק את מכשיר הסימולטור המגנטי, מדדנו את הזרם שהסליל יוצר. מדד זה מבוצע על-ידי חיבור הרב-מטר בסידרה עם הסליל. ברגע שווידאנו שהזרם הוא בערך אמפר אחד השנאי מחובר לסליל כדי לסגור את המעגל.

לאחר מכן, oscilloscope מחובר לתפוקות של סליל על מנת לאמת את אות סינוס ב 60 הרץ שנוצר על ידי גירוי מגנטי. כאשר תרביות תאים מגורות חשמלית זה רלוונטי כדי לשמור על התנאים הסטריליים כאשר שינויים במדיה התרבותית מבוצעים לדגימות הביולוגיות, מסיבה זו יש צורך להכניס את הבוחרים לתא. ברגע שתקשורת התרבות שינתה את צלחת התרבות היטב ממוקם מעל האלקטרודה.

כדי להחזיר את תרביות התא לתוך החממה האלקטרודה התחתונה ממוקמת מעל משטח יציב כדי למקם את האלקטרודה העליונה על החלק העליון של תרבות התא. לאחר מכן, כבלי הפלט של התקן הסימולטור החשמלי מחוברים למסוף של כל אלקטרודה. לבסוף, הבוחרים ממוקמים בקפידה לתוך האינקובטור כדי להתחיל את הגירוי החשמלי.

תנאים סטריליים דומים נחשבים כאשר התקשורת התרבותית משתנה לדגימות הביולוגיות המעוררות מגנטית. כאן, צלחות פטרי של 35 מילימטרים משמשים לתרבות תאים, explants, או פיגומים. לאחר שינוי המדיה התרבותית, תרביות התאים צריכות להיות ממוקמות בתמיכה בפולימטילמתאקרילאט.

כאן כל צלחת פטרי ממוקמת אחת מעל השנייה. לאחר מכן, סליל ממוקם בקפידה על התמיכה כדי לכסות את תרביות התא. לבסוף, מכשיר הגירוי המגנטי ממוקם באינקובטור כדי להתחיל את הגירוי המגנטי.

כפי שניתן לראות, מכשיר הגירוי החשמלי נבדק כדי לעורר כונדרוציטים ואוסטיובלסטים. כאן, הערכנו את ההתפשטות ואת הסינתזה המולקולרית. הממריץ החשמלי נבדק גם כדי לעורר chondroepiphysitis, explants כדי להעריך את השינויים המורפולוגיים בצלחת הצמיחה.

בנוסף, תרבות, תאי STEM mesenchymal לתוך חומצה אורונית הידרוג'ל ג'לטין כבר מגורה חשמלית כדי להעריך את פוטנציאל הבידול condrogenic. מצד שני, מכשיר הגירוי המגנטי שלהם נבדק כדי לעורר כונדרוציטים כדי להעריך הן התפשטות סינתזה מולקולרית. המכשירים שפיתחנו, במחקר זה להימנע בעיות תאימות נחשב על ידי האלקטרודות כאשר הם נמצאים במגע ישיר עם החומר הביולוגי.

יתר על כן, סוג זה של מכשירים מייצגים יתרון כי הם מונעים את השינויים ב- pH והפחתת רמות ג'ל התרבות המולקולרית. מתח ותדרים הם משתנים חשובים שיש לקחת בחשבון ברגע של גירוי רקמות ביולוגיות. מצד אחד, זה כבר ראיות כי הדינמיקה התא כגון הגירה, התפשטות, ביטוי גנים בין היתר, תלוי בכישרון של המתח החל.

מצד שני, הוכח כי תדרים נמוכים וגבוהים יש השפעה על התאים במיוחד בפתיחה וסגירה של ערוצי קרום התא, אשר מפעילים מסלולי אות שונים ברמות תאיות נוספות. בסך הכל, מכשיר דומה זה יכול להיות extrapolated לסביבות קליניות כדי לשפר טיפולים רגנרטיביים כגון השתלה חלופית הסלולר. סוג זה של טיפול משלב במבחנה ובטכניקות vivo להתחדשות רקמות.

כאן, ממריצים חשמליים ומגנטיים יכולים לשחק תפקיד מפתח בגירוי של חומרים ביולוגיים על ידי שיפור התכונות התאיות והמולקולריות של תאים, רקמות ופיגומים לפני שהושתלו בחולה.