Name: 생물학적 조직의 자극을 위한 전기 및 자기장 장치 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 29 s
Description: 배우세요 생물학적 조직 자극을 위한 전기 및 자기장 장치 구축 방법을 COMSOL Multiphysics를 활용한 계산 시뮬레이션으로 검증하는 과정입니다. 연골세포, 조골세포 등 다양한 세포 유형에 적용 가능합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

저자는 "폰도 나시오날 드 피난시아미엔토 파라 라 시엔시아, 라 Tecnología, y la Innovación -폰도 프란시스코 호세 드 칼다스 - 민시엔시아스"와 유니버시다드 나시오날 드 콜롬비아 보조금을 통해 80740-290-2020 및 발팀 테크에 의해 받은 지원 - 비디오 의 판에서 장비와 기술 지원을 제공하기위한 연구 및 혁신.

저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.

인간 조직에 영향을 미치는 다른 병리를 치유하는 데 사용되는 치료법은 약리요법32 또는 외과 적 개입33이며,이는 현지에서 통증을 완화하거나 영향을받는 조직을 각병 또는 이식으로 대체하려고합니다. 최근에는 자가세포치료제가 환자로부터 분리되고 시험외기술을 통해 증축된 부상조직을 치료하는 대체 요법으로 제안되고있다(34). 자가 세포 치료가 조직 회복에 직접적인 영향을 미친다는 것을 감안할 때, 이 기술의 효과를 높이기 위해 다른 전략이 개발되었습니다. 예를 들어, 생체 물리학 자극은 비침습적 대체 요법으로 사용되어 여러 유형의 생물학적 시료를 자극하고 세포 증식 및 분자합성(35,36)을개선하여 세포 기능을 조절한다. 가장 많이 사용되는 생물 물리 자극 중, 전기 자극 및 자기 요법은 세포, 조직 이...

EF 및 MF는 세포 역학을 수정하여 조직1의세포외 매트릭스와 관련된 주요 분자의 증식 및 증가 합성을 자극하는 것으로 나타났습니다. 이러한 생물 물리학 자극은 특정 설정 및 장치를 사용하여 다른 방법으로 적용 될 수있다. EF를 생성하는 장치에 관해서는, 직접 결합 자극기는 시험관내의 생물학적 샘플과 접촉하거나 생체 내 환자 및 동물의 조직에 직접 이식되는 전극을사용한다. 그러나, 접촉중인 전극에 의한 생체 적합성 부족, pH 및 분자 산소 수준1의변화 등 여전히 제한및 결함이 있다. 반대로 간접 커플링 장치는 생물학적 샘플3과병행하여 배치되는 두 전극 사이에 EF를 생성하여 비침습적 대체 기술을 통해 생물학적 샘플을 자극하고 조직과 전극 간의 직접적인 접촉을 피할 수 있습니다. 이러한 유형의 장치는 환자에게 최소한의 침입으로 절차를 수행하기 위해 미래의 임상 응용 프로그램으로 추정될 수 있습니다. MF를 생성하는 장치와 관련하여 유도 결합 자극기는 세포 배양4,5주위에 위치한 코일을 통해 흐르는 시간 변화전류를 생성한다. 마지막으로, 과도 전자기장1을생성하기 위해 EF와 정적 MF를 사용하는 결합 된 장치가 있습니다. 생물학적 시료를 자극하는 다양한 구성이 있다는 점을 감안할 때, 생물물리학 자극이 적용될 때 장력 및 주파수와 같은 변수를 고려해야 합니다. 전압은 생물학적 조직의 행동에 영향을 미치기 때문에 중요한 변수입니다. 예를 들어, 세포 이동, 방향 및 유전자 발현이 적용된 전압3,6,7,8,9,10의진폭에 의존하는 것으로 나타났다. 주파수는 생체 내 자극에서 자연적으로 발생한다는 것을 입증했기 때문에 생물 물리학 자극에서 중요한 역할을 합니다. 그것은 높은 낮은 주파수 세포에 유익한 효과 입증 되었습니다.; 특히, 세포막 전압 게이트 칼슘 채널 또는 내세포 내 수준1,7,11에서상이한 신호 경로를 유발하는 내시경 망상에서.
상기에 따르면, EF를 생성하는 장치는 두 개의 병렬커패시터(12)에연결된 전압 발생기로 구성된다. 이 장치는 암스트롱 외에 의해 구현되었다 증식 속도와 연골 세포(13)의분자 합성을 모두 자극. 이 장치의 적응은 브라이튼 외에 의해 수행되었다 누가 자신의 상단과 하단 뚜껑을 드릴링하여 잘 판 세포 배양을 수정. 구멍은 아래 쪽 안경이 생물학적 조직을 배양하는 데 사용된 커버 슬라이드로 채워졌습니다. 전극은 각 커버 슬라이드에 배치되어 EFs14를생성했다. 이 장치는 전동 세포, 골세포 및 연골 이세포를 전기적으로 자극하는 데 사용되었으며, 세포증식(14,15,16 및분자 합성3,17)의증가를 나타냈다. Hartig 등에서 설계한 장치는 병렬 커패시터에 연결된 웨이브 제너레이터와 전압 증폭기로 구성되었습니다. 전극은 절연 케이스에 위치한 고품질 스테인리스 스틸로 만들어졌습니다. 이 장치는 골세포를 자극하는 데 사용되었으며, 증식 및 단백질분비(18)의현저한 증가를 나타냈다. 김등에서 사용하는 장치는 고전압 금속 산화물의 보완 반도체 제조 공정을 사용하여 구축된 양면 전류 자극기 칩으로 구성되었다. 배양 우물 플레이트는 전기 자극을 가진 전도성 표면 을 통해 세포를 배양하도록 설계되었습니다. 전극은 실리콘 플레이트19위에 금으로 코팅되었다. 이 장치는 골성형물을 자극하는 데 사용되었으며, 혈관 내피 성장인자(19)의증식 및 합성의 증가를 나타내고, 알칼리성 인산염 활성, 칼슘 증착 및 뼈 형태성단백질(20)의생산을 자극하였다. 유사하게, 본 장치는 인간 골수 중간엽 줄기세포(21)의혈관 내피 성장 인자의 증식 속도 및 발현을 자극하기 위해 사용되었다. 나카수지 등에서 설계한 장치는 백금 판에 연결된 전압 발전기로 구성되었다. 전극은 24개의 다른 지점에서 전기 전위를 측정하기 위해 제작되었습니다. 이 장치는 연골세포를 자극하는 데 사용되었으며, EFs가 세포 형태와 증식 및 분자합성(22)을증가시키지 않았다는 것을 보여준다. Au 등에서 사용하는 장치는 백금 와이어가 있는 심장 자극제에 연결된 두 개의 탄소 막대가 장착된 유리 챔버로 구성되었습니다. 이 자극기는 심근세포와 섬유아세포를 자극하여 세포 신장및 섬유아세포정렬(23)을개선하는 데 사용되었다.
다른 MF 장치는 여러 유형의 생물학적 샘플을 자극하기 위해 Helmholtz 코일을 기반으로 제조되었습니다. 예를 들어, 헬름홀츠 코일은 연골세포의 증식 및 분자합성을 자극하는 데 사용되어왔다 24,25,관절 연골 의 프로테오글리칸 합성을강화(26),골세포와 같은 세포의 뼈 형성과 관련된 유전자 강화 조절을 개선하고, 내피세포(28)의 증식 및 분자발현을 증가시킨다. 헬름홀츠 코일은 다른 코일 앞에 있는 두 개의 코일 전체에 걸쳐 MF를 생성합니다. 코일은 동질적인 MF를 보장하기 위해 코일의 반지름과 동일한 거리로 배치되어야 합니다. Helmholtz 코일을 사용하는 단점은 필요한 MF 강도를 생성할 만큼 충분히 커야 하기 때문에 코일 치수에 있습니다. 또한 코일 사이의 거리는 생물학적 조직 주위의 MF의 균일한 분포를 보장하기에 충분해야합니다. Helmholtz 코일로 인한 문제를 피하기 위해 솔레노이드 코일 제조에 중점을 두는 다양한 연구가 있었습니다. 솔레노이드 코일은 구리 와이어로 감겨 MF를 생성하는 튜브를 기반으로 합니다. 구리 와이어 입력은 출구 또는 전원 공급 장치에 직접 연결하여 코일에 활력을 공급하고 솔레노이드의 중심에 MF를 생성할 수 있습니다. 코일이 회전할수록 MF가 생성될 수록 됩니다. MF 크기는 또한코일(29)에에너지를 불어넣기 위해 적용되는 전압 및 전류에 따라 달라집니다. 솔레로이드 코일은 HeLa, HEK293 및 MCF7 30 또는 중간엽 줄기세포(31)와같은 자기적으로 다른 종류의 세포를 자극하는 데 사용되어 왔다.
다른 저자가 사용하는 장치는 전기 전극의 적절한 크기 또는 코일의 정확한 길이를 고려하여 EF와 MF를 균일하게 분배하지 않았습니다. 또한 장치는 고정 전압과 주파수를 생성하여 특정 생물학적 조직을 자극하는 데 사용을 제한합니다. 이러한 이유로 이 프로토콜에서는 생체 샘플을 통해 EF및 MF의 균일한 분포를 보장하기 위해 정전용량 시스템과 코일을 모두 시뮬레이션하여 에지 효과를 피하기 위해 전산 시뮬레이션 지침이 수행됩니다. 또한, 전자 회로의 설계는 전극과 코일 사이의 전압과 주파수를 생성하여 세포 배양의 임피던스로 인한 한계를 극복할 수 있는 EF와 MF를 생성하는 것으로 나타났다. 이러한 수정은 비 침습적 및 적응 생물 반응기의 생성이 어떤 생물학적 조직을 자극할 수 있게 할 것입니다.

<table><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>---- 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>22 k&Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>----</td><td>----</td><td>10 k&Omega; 수량: 3</td></tr><tr><td>저항기</td><td>----</td><td>----</td><td>2.6 k&Omega; 수량: 2</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>2.2 k&Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>----</td><td>----</td><td>1 k&Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>220 &Omega; 수량: 2</td></tr><tr><td>저항기</td><td>----</td><td>----</td><td>22 &Omega; 수량: 5</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>10 &Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>6.8 &Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>저항기</td><td>--------</td><td></td><td>3.3 &Omega; 수량: 2</td></tr><tr><td>폴리에스테르 커패시터</td><td></td><td>--------</td><td>1 nF 수량: 2</td></tr><tr><td>폴리에스테르 커패시터</td><td>--------</td><td></td><td>100 nF 수량: 1</td></tr><tr><td>VHF 대역 증폭기 트랜지스터 JFET</td><td>Toshiba</td><td>2SK161</td><td>---- 수량: 1</td></tr><tr><td>파워 트랜지스터 BJT NPN</td><td>Mospec</td><td>TIP 31C</td><td>---- 수량: 1</td></tr><tr><td>제너 다이오드</td><td>Microsemi</td><td>1N4148</td><td>---- 수량: 1</td></tr><tr><td>스위치</td><td>투글 스위치</td><td>SPDT - T13</td><td>---- 수량: 3</td></tr><tr><td>토로이드 페라이트 코어</td><td>Caracol</td><td>----</td><td>T*22*14*8 수량: 1</td></tr><tr><td>Cooper wire</td><td>Greenshine</td><td>----</td><td>AWG &ndash; 24 수량:</td></tr><tr><td>1 Relimate 헤더와 여성 하우징</td><td>ADAFRUIT</td><td>----</td><td>8 핀 커넥터 수량:</td></tr><tr><td>1 Relimate 헤더와 여성 하우징</td><td>ADAfruit----</td><td></td><td>2 핀 커넥터 수량: 1</td></tr><tr><td>여성 플러그 단자 커넥터</td><td>JIALUN</td><td></td><td>----4mm 랜턴 플러그 (플러그 + 소켓) 15 A 수량: 1</td></tr><tr><td>알루미늄 히트 싱크</td><td>AWIND</td><td></td>----<td>TIP 31C 트랜지스터 수량: 1</td></tr><tr><td>LED</td><td>CHANZON----</td><td></td><td>5 mm red 수량:</td></tr><tr><td>1 집적 회로 소켓 커넥터</td><td>Te Electronics Co., Ltd.</td><td>----</td><td>더블 로우 8핀 DIP 수량: 1</td></tr><tr><td>3 핀 커넥터 세트</td><td>STAR</td><td></td>----<td>JST PH 2.0 수량: 3</td></tr><tr><td>2 핀 스크류 커넥터</td><td>STAR</td>----<td></td><td>PCB 수량: 1</td></tr><tr><td>3 핀 스크류 커넥터</td><td>STAR</td>----<td></td><td>PCB 수량: 1</td></tr><tr><td>바나나 커넥터 테스트 리드</td><td>JIALUN</td><td></td>----<td>P1041 - 4 mm - 15 A 수량: 7</td></tr><tr><td>불릿 커넥터에서 바나나 플러그 충전 리드</td><td>JIALUN</td>----<td></td><td>4 mm 남성-남성/여성-여성 어댑터 - 15 A 수량: 1</td></tr><tr><td>케이스</td><td>----</td><td>----</td><td>ABS 수량: 1</td></tr><tr><td>전극</td><td>----</td><td>----</td><td>스테인레스 &ndash; 스틸 수량: 2</td></tr><tr><td>전극 지원</td><td>----</td><td>----</td><td>테플론 수량: 2</td></tr>개의 <tr><td>인쇄 회로 기판</td><td></td><td></td><td>수량: 1</td></tr><tr><td><강한>자기 자극기</강력></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cooper 와이어</td><td>Greenshine</td><td>----</td><td>AWG &ndash; 18 수량: 1</td></tr><tr><td>AC 전원 플러그</td><td>----</td><td>----</td><td>120 V AC &ndash; 60 Hz 수량: 1</td></tr><tr><td>바나나 여성 커넥터 테스트 리드</td><td>JIALUN</td><td>----</td><td>1세트 이중 주입 - 4 mm &ndash; 15 A 수량: 2</td></tr><tr><td>바나나 남성 커넥터 테스트 리드</td><td>JIALUN</td><td></td>----<td>1세트 이중 주입 - 4 mm 15 A 수량: 1</td></tr><tr><td>세포 배양 웰 플레이트 지지</td><td>----</td><td>----</td><td>PMMA 수량: 1</td></tr><tr><td>퓨즈</td><td>Bussmann</td><td>2A</td><td>---- 수량: 1</td></tr><tr><td>변압기</td><td>--------</td><td></td><td>1A &ndash; 6 V AC 수량: 1</td></tr><tr><td>튜브</td><td>----</td><td>----</td><td>PVC 수량: 1</td></tr><tr><td>가변 가변 저항기</td><td>MCP</td><td>BXS150</td><td>10 &Omega; 수량: 1</td></tr><tr><td>General equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digital dual source&nbsp;</td><td>PeakTech</td><td>DG 1022Z</td><td>2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo 수량: 1</td></tr><tr><td>디지털 오실로스코프</td><td>Rigol</td><td>DS1104Z Plus</td><td>100 MHz, 대역폭, 4 채널 수량: 1</td></tr><tr><td>디지털 멀티미터</td><td>Fluke</td><td>F179</td><td>전압 CC &ndash; 캘리포니아(1000V). 현재 CC &ndash; CA 10 A. 주파수 100kHz 수량: 1</td></tr></tbody></table>

생물학적 조직의 자극을 위한 전기 및 자기장 장치

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

전기장(EF)과 자기장(MF)은 조직 공학에 의해 확산, 이주, 분화, 형태학 및 분자 합성과 같은 세포 역학을 개선하는 데 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 자극 강도와 자극 시간 변수는 세포, 조직 또는 비계중 하나를 자극할 때 고려될 필요가 있다. EF와 MF가 세포 반응에 따라 달라지는 것을 감안할 때, 생물학적 샘플을 자극하기 위해 적절한 생체 물리학 자극을 생성하는 장치를 구축하는 방법은 불분명합니다. 사실, 생물 물리학 자극이 적용될 때 계산 및 분포에 관한 증거의 부족이 있습니다. 이 프로토콜은 EF 및 MF를 생성하고 생물학적 샘플 안팎의 생물 물리학 자극 분포를 예측하는 계산 방법론의 구현을 위한 장치의 설계 및 제조에 중점을 두습니다. EF 장치는 생물학적 배양의 상단과 하단에 위치한 두 개의 병렬 스테인리스 스틸 전극으로 구성되었다. 전극은 60kHz에서 전압(50, 100, 150 및 200 Vp-p)을 생성하기 위해 발진기에 연결되었습니다. MF 장치는 60Hz에서 전류(1A) 및 전압(6V)을 생성하기 위해 변압기로 동력화된 코일로 구성되었다. 코일 한가운데에 있는 생물학적 배양을 찾기 위해 폴리메틸 메타크릴레이트 지원이 구축되었습니다. 계산 시뮬레이션은 생물학적 조직의 내부 와 외부의 EF및 MF의 균일 한 분포를 해명. 이 계산 모델은 전압, 주파수, 조직 형태학, 잘 플레이트 유형, 전극 및 코일 크기와 같은 매개 변수를 수정하여 세포 반응을 달성하기 위해 EF 및 MF를 추정할 수 있는 유망한 도구입니다.

전산 시뮬레이션 EF 및 MF의 분포는 그림 3에표시됩니다. 한편으로는 정전용량 시스템에서 EF의 균일분포를 관찰할 수있었다(도 3A). EF는 생물학적샘플(도 3B)내의필드의 크기를 자세히 관찰하도록 플롯하였다. 이 시뮬레이션은 전극의 크기를 파라메트화하고 에지 효과를 피하기 위해 이를 제조하는 데 유용했습니다. 한편, 솔레노이드 코일(그림3C)에의해 생성된 MF의 균일한 분포를 관찰할 수 있었다. MF는 코일 내부의 필드의 크기를 자세히 관찰하도록 플롯되었다(도3D). 이 시뮬레이션은 MF가 동일한 거리를 측정하고 PMMA 지원을 빌드하는 데 중요한 것이었습니다. 이러한 지원은 코일의 중심뿐만 아니라 자극되는 생물학적 샘플에서...

이 프로토콜은 생물학적 조직을 자극하는 데 사용되는 전기 및 자기 자극기를 모두 구축하는 단계별 프로세스를 설명합니다. 이 프로토콜에는 전산 전기 및 자기장을 시뮬레이션하고 자극기 장치의 제조를 위한 지침이 포함되어 있습니다.

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

생물 물리학 자극은 다른 조직에서 세포와 분자 역학을 자극하기 위하여 이용되었습니다. 특정 연구는 연골 세포, 골세포 및 섬유아세포, 조직 임플란트 및 비계와 같은 세포의 다른 종류에 있는 전기와 자기장의 충격을 평가했습니다. 생물학적 조직을 자극하기 위해 특정 특징으로 상이한 자극 장치가 개발되었지만, 광범위한 생물학적 샘플을 자극하기 위해 전압과 주파수가 다양할 수 있는 전기 및 자기 장치를 확인해야 합니다.전기장 분포를 확인하기 위한 전산 시뮬레이션은 COMSOL 다중물리학에서 수행되었다. 여기서, 축계 구성은 두 개의 병렬 전극, 공기, 우리의 배양 우물 플레이트, 배양 매체 및 생물학적 샘플로 구성된 정전용량 시스템을 시뮬레이션하는 데 사용되었으며, 이 경우 비계로 표현되었다. 각 요소의 재료 특성은 전기 전도도 및 상대적 허용성이었습니다.적용된 전압은 100볼트로 설정되었으며 주파수는 60킬로헤르츠 의 신 비엔으로 설정되었습니다. 모든 파라미터가 도입된 후, 모델은 모든 표면에서 전기장 분포를 관찰하도록 계산된다. 전기장 분포를 보다 자세하게 관찰하기 위해, 전기장을 전체 시스템, 비계, 문화 매체, 공중, 그리고 문화적 우물판 내에서, 전극 외부로 연결할 수 있다.회로는 전기장을 생성하며, 교량 위엔 발진기를 기반으로 합니다. 이것은 긍정적 이고 부정적인 피드백을 모두 사용하는 얼굴 칩의 RCnonthian 시퀀스입니다. 브리지 위엔 발진기는 입력 전압이 R5와 C2 사이의 조합으로 분할되고 R6와 C3 사이의 조합으로 병렬로 분할되는 반응성 전압인 조명 실험실 네트워크로 구성됩니다.주파수를 계산하기 위해, F 서브 제로가 R6와 동일한 주파수 R이 저항기이고 C2및 C3와 동일한 C가 커패시터인 공진 주파수 방정식을 사용합니다. 이 회로는 진폭이 증가하고 저항 전압이 출력 전압이 진폭이 감소할 때 분할된 출력이 감소할 때 저항 전압이 증가하도록 설계되었습니다. 따라서 증폭기의 전압 게인은 출력 신호의 진폭 변화가 자동으로 시작됩니다.그런 다음 저항기의 조합은 네 개의 상부 전압을 생성하기 위해 계산되었다. 마지막으로, 변압기로 신호를 증폭시키기 전에 신호 정류 단계를 구현했습니다. 회로를 시뮬레이션한 후, 도색 회로 기판은 발진기에서 생성된 최종 부비동 신호가 플롯으로 제조되었다.회로가 시뮬레이션되면 다음 단계는 여기에 브레드 보드에 wien 다리 발진기를 구축하는 것입니다, 우리는 네 개의 출력 전압과 회로를 생성하는 주파수를 테스트 할 수 있습니다. 그런 다음 리드 커티스 형식과 발진기가 생성하는 전압에 사용하는 저항을 위해 우리가 했던 발진기 인쇄 회로 기판에서 제조합니다. 그리고 마지막으로 우리는 여기에 회로 지표에 대한 최종 어셈블리가 있습니다.전기 자극기 장치를 테스트하는 첫 번째 단계는 이를 위해 전원 공급 장치의 출력 전압을 검증하고, 전력 공급을 병렬로 조정하고 접지와 양수 및 음극기 사이의 12 및 12 볼트의 출력 전압을 측정하는 것입니다. 출력 전압이 확인되면 전기 자극기 장치의 전류 입력에서 전원 공급 장치의 각 출력을 연결할 수 있습니다. 흰색 케이블은 접지입니다.검은 색 케이블은 음수 전압입니다. 그리고 빨간색 케이블은 양전압입니다. 전기 자극기 장치를 생성하는 출력 신호를 테스트하기 위해 전극 중간에 배양 우물 플레이트를 찾습니다.그 후, 우리는 각 병렬 플레이트에 전기 자극기 장치에 의해 생성 된 출력 전압을 연결합니다. 우리가 교대 전류에서 작업하는 것을 감안할 때, 평행 플레이트의 단말과 발진기의 출력 전압을 연결하는 엄격한 순서가 없습니다. 출력 신호를 확인하기 위해 각 전극에 직접 연결된 오실로스코프를 사용합니다.C 9가 오실로스코프에 의해 포획되면 우리는 진폭과 신호의 기간을 수정하여 파도를 완전히 관찰합니다. 이 단계에서, 전기 자극기 장치에 의해 생성된 4개의 전압을 확인할 수 있다. 50 볼트, 100 볼트, 150 볼트 와 200 볼트 60 킬로 헤르츠, 죄 바람 포럼.전기장과 마찬가지로 자기장 분포를 확인하기 위해 계산 시뮬레이션이 구현되었습니다. 축선 구성은 쿠퍼 와이어와 공기로 구성된 코일을 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다. 여기서, 다른 재료 특성을 고려하였고 적용된 주파수는 60 헤르츠로 설정되었다.모든 파라미터가 도입된 후, 모델은 자기장 분포를 관찰하도록 계산되었다. 마지막으로, 자기장이 코일의 중앙에 균질하게 분포되는 방법을 관찰하기 위해 다이어그램이 수행되었습니다. Ampere의 법칙에서 파생된 솔레노이드 필드 방정식은 진공 N'의 자기 투과성이 쿠퍼 와이어의 회전 수인 자기장을 계산하는 데 사용되었습니다.나는 직경에 등급이 매겨질 현재와 h'이며 코일의 길이입니다. 이러한 매개 변수의 값은 2밀리미터의 자기장을 추정하도록 선택되었습니다. 자기장을 생성하는 회로는 계산적으로 시뮬레이션되었습니다.여기서 변압기는 콘센트에 직접 연결됩니다. 가변 저항기는 전류를 체전하고 1밀리미터 길이의 자기장을 생성하는 데 사용되었습니다. 회로를 보호하기 위해 퓨즈가 연결되었습니다.계산이 수행되면, 폴리메틸 메타크레이트 지지대와 코일이 제작된 후 시뮬레이션이 수행된 후 우리는 페트리 접시가 자극 장치의 중간에 위치할 수 있도록 특수 장치를 제조하였다. 그 후, 우리는 코일의 중간에 균일 한 자기장을 보장하기 위해 문화의 중간에 위치 할 것입니다 PVC 튜브에 와이어 쿠퍼 450 회전 동전을 제조. 그 후, 우리는 회로에 활력을 불어넣기 위해 6개의 볼트와 1개의 Ampere출력을 갖춘 변압기를 제조합니다.자기 시뮬레이터 장치를 테스트하기 위해 코일이 생성되는 전류를 측정했습니다. 이 측정은 코일과 연열된 다미터를 연결하여 수행됩니다. 전류가 하나의 Ampere임을 확인한 후 변압기가 코일에 연결되어 회로를 닫습니다.그 후, 오실로스코프는 자기 자극에 의해 생성되는 60 헤르츠에서 의 신호 신호를 확인하기 위해 코일의 출력에 연결된다. 세포 배양이 전기적으로 자극될 때 배양 배지가 생물학적 샘플에 변경될 때 멸균 상태를 유지하는 것과 관련이 있으며, 이러한 이유로 선택기를 기내에 도입할 필요가 있다. 배양 매체가 바뀌면 배양우물판은 전극 위에 위치한다.세포 배양을 인큐베이터로 되돌리려면 하부 전극이 안정된 표면 위에 위치하여 상부 전극을 세포 배양의 상단에 놓습니다. 그런 다음, 전기 시뮬레이터 장치의 출력 케이블은 각 전극의 종점과 연결된다. 마지막으로, 선거인은 신중하게 전기 자극을 시작하기 위해 인큐베이터에 위치합니다.유사한 멸균 조건은 문화 매체가 자기 자극되는 생물학적 샘플로 변경될 때 고려됩니다. 여기서 35밀리미터의 페트리 요리는 세포, 이질 또는 비계를 배양하는 데 사용됩니다. 배양 매체가 변경되면 세포 배양은 폴리메틸메타크릴레이트 지원에 배치되어야 합니다.여기에 각 페트리 요리는 다른 위에 하나입니다. 그 후, 코일은 세포 배양을 커버하기 위해 지지위에 신중하게 배치된다. 마지막으로, 자기 자극기 장치는 자기 자극을 시작하기 위해 인큐베이터에 위치한다.당신이 볼 수 있듯이, 전기 자극기 장치는 연골 세포와 골세포를 자극하기 위해 테스트되었습니다. 여기서, 우리는 증식 및 분자 합성을 평가했습니다. 전기 자극기는 또한 연골피성염을 자극하기 위하여 시험되었습니다, 성장 판에 있는 형태학적 변화를 평가하기 위하여 흥분.또한, 배양, 중간엽 줄기 세포가 비론산 및 젤라틴 하이드로겔로 전기적으로 자극되어 콘드로겐성 분화 전위를 평가하였다. 한편, 자기 자극기 장치는 연골세포를 자극하여 증식과 분자 합성을 모두 평가하는 테스트를 거쳤습니다. 우리가 개발한 장치는, 이 연구 결과에서 생물학 물질과 직접 접촉할 때 전극에 의한 호환성 문제를 피합니다.더욱이, 이러한 종류의 장치는 pH의 변화와 분자 배양 겔 수준의 감소를 방지하기 때문에 이점을 나타낸다. 전압 및 주파수는 생물학적 조직을 자극하는 순간에 고려해야 할 중요한 변수입니다. 한편, 이동, 증식, 유전자 발현 과 같은 세포 역학이 적용된 전압의 적성에 의존한다는 증거가 있다.다른 한편으로는, 그것은 낮은 높은 주파수는 특히 세포막 채널의 개폐에 세포에 영향을 미칠 입증 되었습니다., 여분의 및 세포 내 수준에서 다른 신호 통로를 트리거 하는. 전반적으로, 이 유사한 장치는 세포 대체 이식과 같은 재생 치료를 향상시키기 위하여 임상 환경에 추정될 수 있습니다. 치료의이 유형은 조직 재생을위한 체외 및 생체 내 기술을 결합합니다.여기서, 전기 및 자기 자극기는 환자에게 이식되기 전에 세포, 조직 및 비계의 세포 및 분자 특징을 향상시킴으로써 생물학적 물질의 자극에 중요한 역할을 할 수 있었다.

electric-magnetic-field-devices-for-stimulation-biological

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

Transcranial 자기 자극 (TMS)은 인간의 신경 시스템의 생리와 기능에 대한 통찰력을 얻을 수있는 비침습적인 도구입니다. 여기, 우리는 상부 사지와 허리 근육의 외피 흥분을 공부하기 위해 TMS 기술을 제시한다.

인간 신경근육학 시스템을 공부하기 Transcranial 자기 자극을 활용

출처: Curado, M. et. al., 인간 운동 기능 조절을 위한 비침습적 전기 뇌 자극 몽타주. J. Vis. 경험. (2016년)이 비디오는 인간의 운동 기능을 조절하기 위한 경두개 직류 자극(tDCS)의 설정 및 메커니즘을 보여줍니다. 양극을 일차 운동 피질 위에 배치하고 음극을 반대쪽 안와상 영역 위에 배치함으로써 표적 전기 자극은 피질 흥분성을 증가시켜 운동 뉴런 활동을 향상시키며 운동 성능을 향상시킵니다.

인간 운동 뉴런 활동을 조절하기 위한 비침습적 전기 뇌 자극

이 비디오는 시간에 따라 변하는 자기장을 사용하여 커버슬립의 패턴이 있는 원형 고리에서 성장한 신경 배양을 자극하는 방법을 보여줍니다.

자기장에 의한 패턴화된 신경 배양의 자극(Stimulation of patterned neuronal cultures by a magnetic field)

경 두개 자기 자극 (TMS)은 음성 인식의 조음 운동 피질의 역할을 조사하는 유용한 도구로 입증되었습니다. 이 문서는 모터가 입술의 근육에서 전위 (유럽 의회 의원)을 유발하는 방법과 반복적 인 TMS를​​ 사용하여 모터 입술 표현을 방해하기 위해 기록하는 방법에 대해 설명합니다.

경 두개 자기 자극 립 운동 피질을 자극

비 침습 뇌 전기 자극은 모두 연구와 임상 목적으로 대뇌 피질의 기능과 동작을 조절 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 인간 모터 시스템의 조절을위한 다양한 뇌 자극 방법을 설명한다.

인간의 운동 기능의 변조를위한 비 침습 뇌 전기 자극 몽타주

신경 세포의 문화는 하나의 신경 세포에 대한 효과 나 신경 세포의 인구를 통해 새로운 뇌 자극 기술을 연구하는데 좋은 모델입니다. 목욕 전극에 의해 직접 생산 또는 시변 자기장에 의해 유도되는 전계에 의해 패터닝 신경 배양 자극하는 다른 방법들이 여기에 제시 하였다.

전기 단일 및 두 개 차원 문화에 자기장을 사용하여 신경 세포의 외부인가 전압

여기 선물이 심장 생리학을 모방 하는 전기 및 기계적 자극을 사용 하 여 셀 인구를 교육 하기 위한 프로토콜. 이 전기 자극 치료 세포의 cardiomyogenic 잠재력을 강화 하 고 더 세포 치료, 질병 모델링 및 의약품 심사를 위한 유망한 전략 이다.

셀의 Cardiomyogenic 잠재력 향상을 동시 전기 및 기계적 자극

여기 우리는 다양 한 유형의 전기 자극 및 osteogenic 차별화를 향상 시키기 위해 중간 엽 줄기 세포를 치료에 사용 하는 셀을 표시 하도록 셀 문화 챔버의 건설에 대 한 프로토콜을 제시.

건설 및 생체 외에서 중간 엽 줄기/Stromal 세포 Osteogenic 차별화를 강화 하기 위한 전기 자극 챔버의 사용

이 기사에서는 경두개 자기 자극을 통해 기능적으로 특정 신경 경로를 측정하고 강화하는 새로운 접근법을 설명합니다. 이러한 고급 비침습적 뇌 자극 방법론은 뇌-행동 관계의 이해와 뇌 질환을 치료하는 새로운 치료법의 개발을 위한 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

이 연구에서는, 우리는 신경 줄기와 전구 세포 (NPC)의 분화를 위한 프로토콜을 제시합니다(NPC) 전적으로 미세 유체 시스템에서 직접 전류 (DC) 펄스 자극에 의해 유도.

미세 유체 장치에서 전기장 유발 신경 전구체 세포 분화

이 백서는 전기장(EF)에 노출된 섬유성 전도성 물질의 유한 원소 모델을 구축하기 위한 전략을 제시한다. 모델은 이러한 재료에서 시드된 세포가 스캐폴드의 구성 재료 특성, 구조 또는 방향을 변경하는 영향을 수신하고 평가하는 전기 입력을 추정하는 데 사용할 수 있습니다.

셀룰러 전기 미세 환경의 유한 요소 모델링

배우세요 생물학적 조직 자극을 위한 전기 및 자기장 장치 구축 방법을 COMSOL Multiphysics를 활용한 계산 시뮬레이션으로 검증하는 과정입니다. 연골세포, 조골세포 등 다양한 세포 유형에 적용 가능합니다.

생물학적 조직의 자극을 위한 전기 및 자기장 장치

더 많은 동영상 탐색