Электрические и магнитные полевые устройства для стимуляции биологических тканей

Было показано, что EFs и MFs изменяют динамику клеток, стимулируя пролиферацию и увеличивая синтез основных молекул, связанных с внеклеточной матрицей^{тканей 1.} Эти биофизические стимулы могут быть применены по-разному с помощью конкретных параметров и устройств. Что касается устройств для генерации EFs, прямые стимуляторы связи используют электроды, которые находятся в контакте с биологическими образцами in vitro или имплантированы непосредственно в ткани пациентов и животных in vivo^2; однако, Есть еще ограничения и недостатки, которые включают в себя недостаточную биосовместимость электродов в контакте, изменения в рН и молекулярного уровня кислорода¹. Напротив, косвенные устройства соединения генерируют ЭКФ между двумя электродами, которые размещаются параллельно^{биологическим образцам 3, что позволяет неинвазивной}альтернативной технике стимулировать биологические образцы и избегать прямого контакта между тканями и электродами. Этот тип устройства может быть экстраполирован на будущие клинические приложения для выполнения процедур с минимальным вторжением к пациенту. По отношению к устройствам, которые генерируют MFs, индуктивные стимуляторы соединения создают изменяющий время электрический ток, который течет через катушку, которая находится вокруг^{клеточных культур 4,5}. Наконец, есть комбинированные устройства, которые используют EFs и статические MFs для генерации переходных электромагнитных полей^1. Учитывая, что существуют различные конфигурации для стимулирования биологических образцов, необходимо учитывать такие переменные, как напряжение и частота при применении биофизических стимулов. Напряжение является важной переменной, так как влияет на поведение биологических тканей; например, было показано, что миграция клеток, ориентация и экспрессия генов^{зависят от амплитуды прикладного напряжения 3,6,7,8,9,10.} Частота играет важную роль в биофизической стимуляции, так как было доказано, что они происходят естественно in vivo. Было продемонстрировано, что высокие и низкие частоты благотворно влияют на клетки; особенно, в клеточной мембране напряжения закрытых кальциевых каналов или эндоплазмической цитулум, которые вызывают различные сигнальные пути на^{внутриклеточном уровне 1,7,11}.

Согласно вышеупомянутому, устройство для генерации ЭФ состоит из генератора напряжения, подключенного к двум параллельным конденсаторам^12. Это устройство было реализовано Армстронгом и др., чтобы стимулировать как скорость распространения, так и молекулярный синтез хондроцитов^13. Адаптация этого устройства была выполнена Брайтон и др., которые модифицировали клеточной культуры хорошо пластин путем бурения их верхней и нижней крышки. Отверстия были заполнены крышкой слайдов, где нижние очки были использованы для культуры биологических тканей. Электроды были размещены на каждом слайде крышки для создания EFs¹⁴. Это устройство было использовано для электрического стимулирования хондроцитов, остеобластов и хрящей explants, показывая увеличение^{пролиферации клеток 14,15,16 и молекулярного синтеза 3,17}. Устройство, разработанное Hartig et al., состояло из волнового генератора и усилителя напряжения, которые были подключены к параллельным конденсаторам. Электроды были изготовлены из высококачественной нержавеющей стали, расположенной в изоляционной корпусе. Устройство было использовано для стимуляции остеобластов, показывая значительное увеличение пролиферации и секреции белка¹⁸. Устройство, используемое Кимом и др., состояло из двухфазного тока стимулятора чипа, который был построен с использованием производственного процесса дополнительных полупроводников высоковольтного оксида металла. Культура хорошо пластины была разработана для культуры клеток над проводимой поверхности с электрической стимуляции. Электроды были покрыты золотом над кремниевыми пластинами¹⁹. Это устройство было использовано для стимулирования остеобластов, показывая увеличение пролиферации и синтез сосудистого эндотелиального^{фактора роста 19}, и стимулирование производства щелочной активности фосфатазы, осаждения кальция и костных морфогенных^{белков 20}. Аналогичным образом, это устройство было использовано для стимулирования скорости пролиферации и экспрессии сосудистого эндотелиального фактора роста мезенхимальных стволовых клеток^{21 костного мозга}человека. Устройство, разработанное Nakasuji et al., состояло из генератора напряжения, подключенного к платиновым пластинам. Электроды были построены для измерения электрического потенциала в 24 различных точках. Это устройство было использовано для стимулирования хондроцитов, показывая, что EFs не изменили морфологию клеток и увеличение пролиферации и молекулярного^{синтеза 22}. Устройство, используемое Au et al., состояло из стеклянной камеры, оснащенной двумя углеродными стержнями, подключенными к стимулятору сердца с платиновыми проводами. Этот стимулятор был использован для стимулирования кардиомиоцитов и фибробластов, улучшение удлинения клеток и фибробластов выравнивание²³.

Различные устройства MF были изготовлены на основе катушек Гельмгольца, чтобы стимулировать несколько типов биологических образцов. Например, катушки Гельмгольца были использованы для стимулирования пролиферации и молекулярного^{синтеза хондроцитов 24,25}, повышения протеогликан синтеза^{суставного хряща}explants 26 , улучшить ген upregulation, связанные с формированием костей остеобласт-как^{клетки 27}, и увеличение пролиферации и молекулярной^{экспрессии эндотелиальных клеток 28}. Катушки Гельмгольца генерируют MFs в двух катушках, расположенных один перед другой. Катушки должны быть размещены на расстоянии, равном радиусу катушек, чтобы обеспечить однородный MF. Недостаток использования катушек Гельмгольца заключается в размерах катушки, потому что они должны быть достаточно большими, чтобы генерировать необходимую интенсивность MF. Кроме того, расстояние между катушками должно быть достаточным для обеспечения однородного распределения MFs вокруг биологических тканей. Чтобы избежать проблем, вызванных катушки Гельмгольца, различные исследования были сосредоточены на производстве соленоидных катушек. Соленоидные катушки основаны на трубке, которая рана с медной проволокой для создания MFs. Медный провод входы могут быть подключены непосредственно к розетке или питания для активизации катушки и создания MFs в центре соленоида. Чем больше поворотов катушки, тем больше MF генерируется. Величина MF также зависит от напряжения и тока, применяемого для активизации катушки²⁹. Соленоидные катушки были использованы для стимуляции магнитно различных видов клеток, таких как HeLa, HEK293 и MCF7^{30 или} мезенхимальных стволовых^{клеток 31}.

Устройства, используемые различными авторами, не рассматривали ни адекватный размер электродов, ни правильную длину катушки, чтобы однородно распределять как EFs, так и MFs. Кроме того, устройства генерируют фиксированное напряжение и частоты, ограничивая их использование для стимулирования конкретных биологических тканей. По этой причине в этом протоколе выполняется вычислительное моделирование для имитации как емкостных систем, так и катушек для обеспечения однородного распределения ЭКФ и МФ по биологическим образцам, избегая эффекта края. Кроме того, показано, что конструкция электронных схем генерирует напряжение и частоту между электродами и катушками, создавая EFs и MFs, которые будут преодолевать ограничения, вызванные ограничением клеточной культуры хорошо пластин и воздуха. Эти изменения позволят создавать неинвазивные и адаптивные биореакторы для стимуляции любой биологической ткани.

1. Моделирование EFs и MFs

ПРИМЕЧАНИЕ: Моделирование EFs и MFs было выполнено в COMSOL Multiphysics.

1. Выберите осесимметрическую 2D конфигурацию, чтобы представлять как электрические, так и магнитные домены.
2. В конфигурации физики выберите интерфейс Electric Current для вычисления EFs в параллельных электродах или интерфейс магнитного поля для вычисления MFs вокруг катушек.
3. В конфигурации исследования выберите частотный домен для вычисления реакции линейной или линейной модели, подвергаемой гармоническому возбуждению на одной или нескольких частотах.
4. Оказавшись внутри интерфейса, чтобы начать строительство модели, следуйте следующим шагам в соответствии с моделью интереса.
   1. Создание модели для EFs
      1. Создавайте геометрию. В модели Builder ,выберите геометрию. Затем, найти раздел единиц и выбрать мм. На панели инструментов геометрии выберите Rectangle и ввемите размеры каждого компонента в поле размеров и форм настроек rectangle Window. Геометрия состоит из воздуха, двух параллельных электродов, культуры хорошо пластины, культуры средств массовой информации и биологического образца, который в данном случае представлен эшафот гиалуроновой кислоты - желатин гидрогель (см. размеры каждого элемента в таблице 1). После того, как все геометрии построены, нажмите Построить все объекты.
      2. Создавайте выделения. На панели инструментов определения ,нажмите Явный, чтобы создать выбор для металлического домена. Выберите геометрии, представляющие электроды. После, право нажмите на Явный 1, чтобы переименовать его. Тип металла в новом поле текста этикетки.
         1. С другой стороны, на панели инструментов определения, нажмите Дополнение. Найдите раздел Входные сущности в окне Настроек дополнения. Затем, под выбор, чтобы инвертировать, нажмите Добавить и выберите Металл в выборе инвертировать список из окна Добавить диалог. После этого нажмите правой кнопкой мыши в дополнении 1, чтобы переименовать его. Тип модели домена в новом поле текста этикетки.
      3. Создавайте границы. Нажмите Явно на панели инструментов определения. После обнаружения раздела Input Entities в окне Настройки для явного и из списка уровней geometric entity выберите Границу. Здесь выберите все границы для нижнего электрода. Право нажмите Явные 2, чтобы переименовать его. Ввести границы земли в новом поле текста метки. Повторите эти шаги, но выбрав все границы для верхнего электрода. После этого нажмите кнопку «Явная 3», чтобы переименовать ее. Границы терминала типа в новом поле текста метки.
      4. Добавьте электрические токи. В окне Model Builder под компонентом 1 нажмите Электрические токи (ec). Затем найдите раздел Выбор домена в окне настроек электрических тока. Из списка выбора выберите домен Модели. На панели инструментов физики,нажмите Границы и выбрать землю. После найдите раздел Выбор границ в окне «Наземные настройки» и выберите границы земли из списка выбора.
         1. После этого щелкните Границы и выберите Терминал на панели инструментов физики. Наконец, найдите раздел Выбор границ в окне настройки терминала и выберите границы Терминала из списка выбора; здесь, найдите раздел Терминала и выберите Voltage из списка Терминала и ввехните 100 V.
      5. Добавить материалы. Нажмите Добавить материал на панели домашнего инструмента, чтобы открыть окно Добавить материал. Поиск воздуха и нержавеющей стали и добавить их в окно Model Builder. Затем нажмите Пустой материал на панели домашнего инструмента и добавить три новых пустых материалов для культурных средств массовой информации, эшафот (гидрогель) и полистирол (культура хорошо пластины).
      6. Выберите пустой материал для присвоения диэлектрических свойств. Найдите список свойств материала в окне настроек материала и выберите относительную допустимость и электрическую проводимость из списка опций Basic Properties. Диэлектрические свойства для культурных средств массовой информации, гидрогеля и культуры хорошо пластины находятся в таблице 2. Повторите эту процедуру для всех пустых материалов.
      7. Присвоить каждый материал ранее построенным геометриям. Выберите воздушный материал в окне Model Builder; затем выберите домены, соответствующие воздуху из графического окна. Повторите этот шаг для всех созданных материалов. Убедитесь, что каждый домен соответствует правильному материалу. Чтобы убедиться, что все материалы правильно назначены, нажмите на каждый материал из окна Model Builder и понаблюдать за тем, выделены ли домены синим цветом в окне Graphic.
      8. Построить сетку. Право нажмите Сетка 1 в окне Model Builder и выберите Бесплатный треугольный. Повторите этот шаг, выбрав размер. В окне настройки сетки выберите сетку, контролируемую пользователем, из списка типа последовательности. Затем расширьте параметры сетки в окне Model Builder и нажмите Размер.
      9. Найдите параметры размера элемента в окне настройки размера и ввемит 1 мм для максимального размера элемента, 0,002 мм для минимального размера элемента, 1,1 для максимальной скорости роста элемента, 0,2 для кривизны и 1 для разрешения узких областей. Затем расширьте параметры сетки в окне Model Builder и нажмите Free Triangular 1. Здесь выберите все домены, которые будут сетчаты. Наконец, нажмите Build All в окне настройки сетки.
      10. Создание исследования. Нажмите Исследование 1 в окне модели builder. Затем найдите раздел Настройки исследования в окне настройки исследования и очистит чек-бокс участков Generate по умолчанию. Расширьте узел Study 1 в окне Model Builder и нажмите шаг 1: Домен частоты. Наконец, найдите раздел Настройки исследования в окне настройки частотного домена и ввемит 60 кГц в текстовом поле Frequencies.
      11. Рассчитайте исследование. Нажмите Показать по умолчанию Solver на панели инструментов исследования. Затем расширьте узел конфигураций Study 1 Solver в окне Model Builder. Расширить узел Solution 1 (sol1) в окне Model Builder; после этого щелкните Stationary Solver 1 в окне неподвижных настроек Solver и найдите общий раздел и ввех 1e-6 в текстовом поле относительной толерантности. Наконец, нажмите Compute на панели инструментов Study.
      12. Результаты участка. Выберите раздел Результаты на панели инструментов Home и добавьте 2D Plot Group. Затем нажмите правой кнопкой 2D Участок Группы 1 в окне Model Builder и выберите Surface. Затем найдите раздел Данные в окне Настройки поверхности и выберите Precursor. После найдите раздел Выражение в окне Настройки поверхности; здесь нажмите на символ плюс ( ) , чтобы открыть новое окно и найти последующий маршрут из списка выбора(модель - Компонент 1 - Электрические токи - Электрические). Здесь выберите ec.normE - EF Norm. Наконец, нажмите на графику в окне настройки поверхности, чтобы построить результаты.
   2. Создание модели для MFs
      1. Создавайте геометрию. В модели Строитель ,выберите геометрию; затем найдите раздел Единицы и выберите мм. На панели инструментов геометрии выберите Rectangle и ввемите размеры каждого компонента в поле размеров и форм настроек окна Rectangle. Геометрия состоит из воздуха и купера (см. размеры каждого элемента в таблице 1). После того, как все геометрии построены, нажмите Построить все объекты.
      2. Добавить материалы. Нажмите Добавить материал на панели домашнего инструмента, чтобы открыть окно Добавить материал. Поиск воздуха и меди и добавить их в окно Model Builder. Диэлектрические свойства меди находятся в таблице 2.
      3. Создавайте границы. Нажмите Магнитное поле на окне модели Builder. Здесь найдите список уравнений в окне параметров магнитных полей и выберите уравнение частотного домена из списка формы уравнения. В списке частот выбрать из решатера. После, найти закон Ампере на магнитном поле список в окне модели Builder. В типе 293.15 «K» в температуре ,1 »atm» в абсолютном давлении от списка модели входов. Затем выберите Solid из списка типов материалов в окне параметров закона Ampere. Убедитесь, что электрическая проводимость, относительная допустимость и относительная проницаемость соответствуют материалу Из списка.
      4. Найдите axial Symmetry в списке магнитного поля в окне Model Builder. Убедитесь, что линия осяной симметрии выделена как в списке выбора границ, так и в окне Graphic. Затем найдите Магнитную Изоляцию в списке Магнитного Поля в окне Model Builder. Убедитесь, что границы геометрии выделены как в списке выбора границ, так и в окне Graphic.
      5. Найдите начальные значения в списке магнитного поля в окне Model Builder. Выберите ранее построенные геометрии и включите их в выбор домена из окна параметров первоначальных значений.
      6. Ввемит функции катушки. Найдите несколько катушек в списке магнитного поля в окне Model Builder. Здесь выбирает геометрию, представляющую катушку, и включает ее в выбор домена из окна нескольких настроек катушки.
      7. Найдите список нескольких катушек в окне настройки нескольких катушек; здесь, найти список возбуждения катушки и выберите текущий; после этого, тип 1 «A» в текущем списке катушки, 450 в количестве поворотов и 6e7»S/m» в проводимости катушки.
      8. Найдите поперечную область провода катушки и выберите североамериканский диаметр кабеля (Коричневый и Шарп) из списка и ввёзь 18 в варианте AWG. Убедитесь, что относительная допустимость и относительная проницаемость соответствуют материалу из списка.
      9. Построить сетку. В окне настройки сетки выберите сетку, контролируемую физикой, из списка типа последовательности. После этого найдите параметры размера элемента в окне настройки сетки и выберите Чрезвычайно отлично. Наконец, выберите все домены, которые будут сцепиться, и нажмите Build All в окне настройки сетки.
      10. Создание исследования. Нажмите Исследование 1 в окне модели builder. Затем найдите раздел Настройки исследования в окне настройки исследования и очистит чек-бокс участков Generate по умолчанию. Расширьте узел Study 1 в окне Model Builder и нажмите шаг 2: Домен частоты. Наконец, найдите раздел Настройки исследования в окне настройки частотного домена и ввемит 60 Гц в текстовом поле Frequencies.
      11. Рассчитайте исследование. Нажмите Показать по умолчанию Solver на панели инструментов исследования. Затем расширьте узел конфигураций Study 1 Solver в окне Model Builder. Расширить узел Solution 1 (sol1) в окне Model Builder; после этого щелкните Stationary Solver 1 в окне неподвижных настроек Solver и найдите общий раздел и ввестите 1e-6 в поле текста относительной толерантности. Наконец, нажмите Compute на панели инструментов Study.
      12. Результаты участка. Выберите раздел Результаты на панели инструментов Home и добавьте 2D Plot Group. Затем нажмите правой кнопкой 2D Участок Группы 1 в окне Model Builder и выберите Surface. Затем найдите раздел Данные в окне Настройки поверхности и выберите Precursor.
      13. Найдите раздел Выражение в окне Настройки поверхности. Здесь нажмите на символ плюс ( ) , чтобы открыть новое окно и найти последующий маршрут из списка выбора(Модель - Компонент 1 - Магнитное поле - Магнитный). Здесь выберите mf.normB - Магнитная плотность потока Норма. Наконец, нажмите на графику в окне настройки поверхности, чтобы построить результаты.

2. Проектирование и изготовление устройств электрической и магнитной стимуляции

1. Электростимуляторное устройство
   ПРИМЕЧАНИЕ: Он состоит из цепи на основе Осциллятора Вена моста и двух параллельных электродов из нержавеющей стали. Схема rc осциллятор фазового сдвига, который использует положительные и отрицательные отзывы. Осциллятор Wien Bridge состоит из сети свинцово-лагов, которая разделяет входное напряжение на комбинацию двух рук моста: резистора R₅ с конденсатором C₂ в серии, и резистор R₆ с конденсатором C₃ параллельно (Рисунок 1A). Эти компоненты модулируют частоту осциллятора. Для создания электрического устройства стимулятора следуйте следующим шагам:
   1. Рассчитайте частоту с помощью резонансного уравнения частот (1).
      
      В тех случаях,_{когда резисторы} R 5 и R₆являются резисторами, а C и C₂ - C₃ - конденсаторами. Оба R и C помещаются в двух руках моста(рисунок 1A). Для _{получения частоты 60 кГц} и R 6 _2,6 кЗ и С _{2 й} С 3 и 1 nF и 6,6 кГц и R 5 й 5. Резисторы и конденсаторы могут быть рассчитаны, если требуется другая частота.
   2. Проектирование схемы таким образом, чтобы увеличение напряжения усилителя автоматически компенсировало амплитуду изменения выходного сигнала. На рисунке 1А можно наблюдать схему схемы, в то время как в разделе Таблица материалов перечислены электронные компоненты для построения схемы.
   3. Рассчитайте комбинацию резисторов для генерации четырех выходных напряжений. Как показано на рисунке 1A, использовать комбинацию резисторов R₁₁, R₁₂, R₁₃ и R₁₄ (эквивалентное сопротивление 154 Ω) для создания напряжения 50 Vp-p; резисторы R₁₇, R₁₈ и R₁₉ в серии (эквивалентное сопротивление 47,3 Ω) для получения напряжения 100 Vp-p; резисторы R₉ и R₁₀ в серии (эквивалентное сопротивление 25,3 Ω) для генерации напряжения 150 Vp-p; и сочетание резисторов R₁₅ и R₁₆ (эквивалентное сопротивление 16,8 Ω), чтобы получить напряжение 200 Vp-p.
   4. Используйте транзистор (TIP 31C) и трансформатор ядра феррита для реализации этапа усиления сигнала. Тороидальное ядро феррита было использовано для ветра медной проволоки AWG 24, завершив связь 1:200. Используйте два конденсатора(C₄ и C₅) 100 nF параллельно перед трансформатором, чтобы исправить сигнал(рисунок 1A).
   5. Подготовь ПКБ с помощью стороны PCB производственной службы. Схематическая схема схемы схемы приведена на рисунке 1. Поместите все компоненты на ПХД с антистатическим пинцетом. Используйте оловянный припой и припой железа припой все компоненты.
   6. Изготовьй пластиковый корпус с входным разъемом для защиты цепи. Внедрение трех входных разъемов для активизации цепи (12 V, -12 V и грунта). Используйте два входных разъема для подключения электродов. Включите три переключателя, чтобы изменить комбинацию резисторов, чтобы получить четыре выходных напряжения. Соберите электронную схему в пластиковый корпус(рисунок 1B).
   7. Изготовить два параллельных электрода из нержавеющей стали (200 х 400 х 2 мм) и припой входные разъемы для каждого края. Электроды расположены над тефлоном или акриловыми опорами, чтобы исключить любой контакт с металлической поверхностью инкубатора(рисунок 1C).
   8. Используйте автоклав при 394.15 K (121 градус по Цельсию) в течение 30 минут, чтобы стерилизовать электроды и использовать ультрафиолет в течение ночи для стерилизации проводов, которые находятся в контакте с инкубатором.
   9. Проверьте устройство электрической стимуляции. Отрегулируйте подачу питания в серии для генерации выходного напряжения в размере 12 В и -12 В между наземным и положительным и отрицательным терминалами. Прояви выходное напряжение питания с помощью мультиметра. Подключите каждый выход питания при правильном входе электрического стимулятора (No12 V, -12 V и грунта). Подключите каждый электрод в правильный входной разъем электрического стимулятора. Полярность не имеет важного значение, так как мы работаем над током переменного тока. Поместите культуру хорошо пластины между электродами и проверить выходной сигнал с осциллоскопом. Отрегулируйте переключатели электрического стимулятора для генерации четырех выходных напряжений (50, 100, 150 и 200 Vp-p).
   10. Рекомендации по безопасности. Чтобы избежать каких-либо проблем при передаче или удалении электродов из инкубатора убедитесь, что кабели не запутались. Отключите кабели от осциллятора перед удалением электродов из инкубатора. Никогда не развями электроды без акриловой или тефлоновой опоры.
2. Устройство магнитного стимулятора
   1. Оцените количество поворотов, чтобы гарантировать однородный MF внутри катушки с помощью уравнения (2), который описывает MF внутри соленоидной катушки.
      
      где μ₀ является магнитной проницаемости вакуума (4π×10^-7), N является количество поворотов медной проволоки, я ток, и ч, который должен быть больше, чем его диаметр, является длина соленоидной катушки.
   2. Определите количество поворотов, выбрав длину (ч) 250 мм, ток 1 А и _В-ит 2мТ.
   3. Изготовь катушки. Построить поливинилхлорид (ПВХ) трубки длиной 250 мм и диаметром 84 мм, чтобы ветер AWG 18 медной проволоки завершения 450 поворотов (Рисунок 2A). Размеры были выбраны на основе доступного пространства внутри инкубатора.
   4. Изготовление клеточной культуры хорошо пластины поддержки. Построить полиметилметилат (PMMA) поддержки для обеспечения того, чтобы хорошо пластины 35 мм всегда были расположены в середине катушки, где MFs являются однородными(рисунок 2A).
   5. Изготовить трансформатор для увеличения тока цепи. Построить трансформатор с выходом 1 А - 6 В переменного тока, чтобы достичь максимального MF 2 мТ. Входное напряжение трансформатора составило 110 В переменного тока при 60 Гц. Эти параметры соответствуют выходной напряжению и частоте выхода в южную Америку.
   6. Соедините цепь. Трансформатор подключен непосредственно к розетке. Используйте переменный резистор (реостат), чтобы изменять ток и генерировать MFs от 1 до 2 мТ. Подключите предохранитель для защиты цепи(рисунок 2B).
   7. Используйте ультрафиолет в течение ночи, чтобы стерилизовать провода, которые находятся в контакте с инкубатором. Оберните катушки с прозрачной пленкой стрейч и использовать этанол для стерилизации катушки.
   8. Проверьте устройство MF. Используйте тесламетр для измерения величины MF внутри катушки. Зонд тесламетра находился в центре катушки, что позволяло одновременно измерять MFs и токи.
   9. Варьировать величину MF. Используйте реостат для изменения сопротивления цепи(рисунок 2B). Значение сопротивления 0,7 Ω использовалось для генерации MFs 1 мТ.
   10. Рекомендации по безопасности. Чтобы избежать каких-либо проблем при передаче или удалении соленоида из инкубатора убедитесь, что кабели не запутались. Отключите кабели от трансформатора перед удалением соленоида из инкубатора. Никогда не разывять соленоид без поддержки PMMA. Твердо понять как PMMA поддержки от базы и solenoid при передаче или удалении из инкубатора.

Вычислительное моделирование
Распределение ETF и MFs показано на рисунке 3. С одной стороны, можно было наблюдать однородное распределение ЭК в емкостной системе(рисунок 3А). EF был построен для детального наблюдения за величиной поля внутри биологического образца(рисунок 3B). Это моделирование было полезно для параметризации размера электродов и их производства, чтобы избежать эффекта края. С другой стороны, можно было наблюдать однородное распределение MFs, генерируемых селеноидной катушки(рисунок 3C). MF был построен, чтобы наблюдать в деталях величину поля внутри катушки (Рисунок 3D). Это моделирование было важным измерением расстояния, на котором MF является одинаковым, и построения поддержки PMMA. Эта поддержка обеспечивает однородное распределение MF не только в центре катушки, но и в биологических образцах, которые будут стимулироваться.

Сигналы, генерируемые электрическими и магнитными стимуляторами
Выходные сигналы, генерируемые электрическим стимулятором, показаны на рисунке 4. Важно подчеркнуть, что сигналы, захваченные осциллоскопом, были непосредственно приняты в электродах, так как независимо от того, делается ли измерение непосредственно к выходным кабелям, напряжение будет выше(рисунок 4A). Это изменение напряжения дается мощности электродов. Выходное напряжение колеблется в диапазоне от ± 5V на 60 кГц; например, выходные сигналы были 54,9 Vp-p (Рисунок 4B), 113 Vp-p (Рисунок 4C), 153 Vp-p (Рисунок 4D) и 204 Vp-p (Рисунок 4E) для 50, 100, 150 и 200 Vp-p, соответственно.

Выходной сигнал, генерируемый магнитным стимулятором, показан на рисунке 5. Сигнал, захваченный осциллоскопом, был непосредственно взят в выходные кабели катушки(рисунок 5A). Выходное напряжение колеблется в диапазоне от 15V p-p ± 60 Гц(рисунок 5B).

Рисунок 1. Электростимуляция устройства. A) Цепь, которая генерирует напряженность 50, 100, 150 и 200 Vp-p на 60 кГц синус-формы. B) Печатная печатная доска в корпусе. C) Электроды внутри инкубатора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2. Устройство магнитной стимуляции. A)Схематическое представление магнитного устройства стимулятора и поддержки PMMA. B) Цепь для создания MFs. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3. Вычислительное моделирование EFs и MFs. A) Распределение EFs внутри и снаружи емкостной системы. B) Распределение EFs внутри гидрогель, область интереса показана в красной детали. C) Распределение MFs внутри и снаружи катушки. D) Распределение MFs в центре катушки, область интереса показана в красной детали. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 4. Синуоидный сигнал, генерируемый электрическим стимулятором. A) Проверка сигнала, генерируемая электрическим стимулятором. B) Сигнал на 50 Vp-p. C) Сигнал на 100 Vp-p. D) Сигнал на 150 Vp-p. E) Сигнал на 200 Vp-p. Все измерения колеблются в диапазоне от ± 5V на 60 кГц. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 5. Синуоидный сигнал, генерируемый магнитным стимулятором. A) Проверка сигнала, генерируемая магнитным стимулятором. B) Сигнал на 15 Vp-p на 60 Гц. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Таблица 1. Измерение геометрий, составляющих электрические и магнитные системы.

Таблица 2. Диэлектрические свойства элементов, составляющих электрические и магнитные системы.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.