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Bioengineering

जैविक ऊतकों की उत्तेजना के लिए इलेक्ट्रिक और चुंबकीय क्षेत्र उपकरण

Published: May 15, 2021 doi: 10.3791/62111
Automatic Translation
1,2, 2,3, 1,2, 1,4
1Biomimetics Laboratory, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional de Colombia, 2Numerical Methods and Modeling Research Group (GNUM), Universidad Nacional de Colombia, 3Design, Analysis and Development of Engineering Systems Research group (GIDAD), Fundación Universitaria Los Libertadores, 4School of Health and Sports Sciences, Master Program in Epidemiology, Fundación Universitaria del Área Andina

Summary

यह प्रोटोकॉल जैविक ऊतकों को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत और चुंबकीय उत्तेजक दोनों का निर्माण करने के लिए कदम-दर-कदम प्रक्रिया का वर्णन करता है। प्रोटोकॉल में कंप्यूटेशनल इलेक्ट्रिक और चुंबकीय क्षेत्रों का अनुकरण करने और उत्तेजक उपकरणों के निर्माण के लिए एक दिशानिर्देश शामिल है।

Abstract

प्रसार, प्रवासन, भेदभाव, आकृति विज्ञान और आणविक संश्लेषण जैसे सेल गतिशीलता में सुधार करने के लिए ऊतक इंजीनियरिंग द्वारा इलेक्ट्रिक फील्ड्स (ईएफ) और चुंबकीय क्षेत्र (एमएफएस) का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। हालांकि, कोशिकाओं, ऊतकों या मचान को उत्तेजित करते समय इस तरह की उत्तेजना शक्ति और उत्तेजना के समय को चरने पर विचार करने की आवश्यकता होती है। यह देखते हुए कि ईएफएस और एमएफ सेलुलर प्रतिक्रिया के अनुसार भिन्न होते हैं, यह स्पष्ट नहीं है कि जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने के लिए पर्याप्त जैव भौतिक उत्तेजनाओं को उत्पन्न करने वाले उपकरणों का निर्माण कैसे किया जाए। वास्तव में, बायोफिजिकल उत्तेजनाओं को लागू किए जाने पर गणना और वितरण के संबंध में साक्ष्यों की कमी है। यह प्रोटोकॉल ईएफएस और एमएफएस उत्पन्न करने और जैविक नमूनों के अंदर और बाहर जैव भौतिक उत्तेजनाओं के वितरण की भविष्यवाणी करने के लिए कंप्यूटेशनल पद्धति के कार्यान्वयन के लिए उपकरणों के डिजाइन और निर्माण पर केंद्रित है। ईएफ डिवाइस जैविक संस्कृतियों के शीर्ष और नीचे स्थित दो समानांतर स्टेनलेस-स्टील इलेक्ट्रोड से बना था। इलेक्ट्रोड को 60 किलोहर्ट्ज में वोल्टेज (50, 100, 150 और 200 वीपी-पी) उत्पन्न करने के लिए एक ऑसिलेटर से जोड़ा गया था। एमएफ डिवाइस एक कुंडली से बना था, जिसे 60 हर्ट्ज पर करंट (1 ए) और वोल्टेज (6 वी) उत्पन्न करने के लिए एक ट्रांसफार्मर के साथ सक्रिय किया गया था। कुंडली के बीच में जैविक संस्कृतियों का पता लगाने के लिए एक पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट समर्थन बनाया गया था। कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन ने जैविक ऊतकों के अंदर और बाहर ईएफएस और एमएफ के सजातीय वितरण को स्पष्ट किया। यह कम्प्यूटेशनल मॉडल एक आशाजनक उपकरण है जो एक सेलुलर प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए ईएफ और एमएफ का अनुमान लगाने के लिए वोल्टेज, आवृत्तियों, ऊतक मॉर्फोलोजी, वेल प्लेट प्रकार, इलेक्ट्रोड और कॉइल आकार जैसे मापदंडों को संशोधित कर सकता है।

Introduction

ईएफ और एमएफ को कोशिका गतिशीलता को संशोधित करने, प्रसार को प्रोत्साहित करने और ऊतकों के बाह्य मैट्रिक्स से जुड़े मुख्य अणुओं के संश्लेषण को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है1। विशिष्ट सेटिंग्स और उपकरणों का उपयोग करके इन जैव भौतिक उत्तेजनाओं को विभिन्न तरीकों से लागू किया जा सकता है। ईएफएस उत्पन्न करने के लिए उपकरणों के बारे में, प्रत्यक्ष युग्मन उत्तेजक इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं जो विट्रो में जैविक नमूनों के संपर्क में हैं या वीवो 2 में रोगियों और जानवरों के ऊतकों में सीधे प्रत्यारोपित किएजातेहैं; हालांकि, वहां अभी भी सीमाएं और कमियां है कि संपर्क में इलेक्ट्रोड द्वारा अपर्याप्त जैव अनुकूलता, पीएच और आणविक ऑक्सीजन स्तर में परिवर्तन शामिल हैं1. इसके विपरीत, अप्रत्यक्ष युग्मन उपकरण दो इलेक्ट्रोड के बीच ईएफ उत्पन्न करते हैं, जिन्हें जैविक नमूनों के समानांतर रखा जाता है3,जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने और ऊतकों और इलेक्ट्रोड के बीच सीधे संपर्क से बचने के लिए एक गैर-आक्रामक वैकल्पिक तकनीक की अनुमति देता है। इस प्रकार के डिवाइस को रोगी पर न्यूनतम आक्रमण के साथ प्रक्रियाओं को करने के लिए भविष्य के नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए एक्सपेरिमेंट किया जा सकता है। एमएफएस उत्पन्न करने वाले उपकरणों के संबंध में, प्रेरक युग्मन उत्तेजक एक समय-अलग विद्युत धारा बनाते हैं, जो एक कुंडली के माध्यम से बहता है जो सेल संस्कृतियों के आसपास स्थित है4,5। अंत में, संयुक्त उपकरण हैं, जो क्षणिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र1उत्पन्न करने के लिए ईएफ और स्थिर एमएफ का उपयोग करते हैं। यह देखते हुए कि जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने के लिए विभिन्न विन्यास हैं, बायोफिजिकल उत्तेजनाओं को लागू किए जाने पर तनाव और आवृत्ति जैसे चर पर विचार करना आवश्यक है। वोल्टेज एक महत्वपूर्ण चर है, क्योंकि यह जैविक ऊतकों के व्यवहार को प्रभावित करता है; उदाहरण के लिए, यह दिखाया गया है कि सेल माइग्रेशन, ओरिएंटेशन और जीन अभिव्यक्तिएप्लाइड वोल्टेज 3 ,6,7,8,9,10के आयाम पर निर्भर करती है । आवृत्ति जैव भौतिक उत्तेजना में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि यह सबूत दिया गया है कि ये वीवो में स्वाभाविक रूप से होते हैं। यह प्रदर्शित किया गया है कि उच्च और कम आवृत्तियों कोशिकाओं पर लाभकारी प्रभाव पड़ता है; विशेष रूप से, कोशिका झिल्ली में वोल्टेज-गेटेड कैल्शियम चैनल या एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, जो इंट्रासेलुलरस्तर1,7,11पर विभिन्न सिग्नलिंग-पाथवे को ट्रिगर करता है।

उपर्युक्त के अनुसार, ईएफ उत्पन्न करने के लिए एक डिवाइस में दो समानांतर कैपेसिटर12से जुड़ा एक वोल्टेज जनरेटर होता है। इस उपकरण को आर्मस्ट्रांग एट अल द्वारा लागू किया गया था ताकि 13 को13के प्रोलिफेरेटिव रेट और आणविक संश्लेषण दोनों को प्रोत्साहित किया जा सके । इस डिवाइस का एक अनुकूलन ब्राइटन एट अल द्वारा किया गया था, जिसने सेल संस्कृति को अपने ऊपर और नीचे के ढक्कन को ड्रिल करके अच्छी तरह से प्लेटें संशोधित की थीं। छेद कवर स्लाइड, जहां नीचे चश्मे जैविक ऊतकों संस्कृति के लिए इस्तेमाल किया गया द्वारा भरे गए थे । ईएफएस14उत्पन्न करने के लिए प्रत्येक कवर स्लाइड पर इलेक्ट्रोड रखे गए थे । इस उपकरण का उपयोग कोनड्रोसाइट्स, ऑस्टियोब्लास्ट और उपास्थि एक्सप्लांट को विद्युत रूप से प्रोत्साहित करने के लिए किया गया था, जिसमें कोशिका प्रसार14,15,16 और आणविक संश्लेषण3,17में वृद्धि दिखाई गई थी। हार्टिग एट अल द्वारा डिजाइन किए गए डिवाइस में एक वेव जनरेटर और एक वोल्टेज एम्पलीफायर शामिल था, जो समानांतर कैपेसिटर से जुड़ा हुआ था । इलेक्ट्रोड एक इन्सुलेट मामले में स्थित उच्च गुणवत्ता वाले स्टेनलेस स्टील से बने थे। इस उपकरण का उपयोग ऑस्टियोब्लास्ट को प्रोत्साहित करने के लिए किया गया था, जिसमें प्रसार और प्रोटीन स्राव18में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाई गई थी। किम एट अल द्वारा इस्तेमाल किया डिवाइस एक biphasic वर्तमान उत्तेजक चिप है, जो उच्च वोल्टेज धातु ऑक्साइड के पूरक अर्धचालक की एक विनिर्माण प्रक्रिया का उपयोग कर बनाया गया था शामिल थे । एक संस्कृति अच्छी तरह से थाली विद्युत उत्तेजना के साथ एक प्रवाहकीय सतह पर संस्कृति कोशिकाओं के लिए डिजाइन किया गया था । इलेक्ट्रोड सिलिकॉन प्लेटों पर सोने में लेपित थे19. इस उपकरण का उपयोग ऑस्टियोब्लास्ट को प्रोत्साहित करने के लिए किया गया था, जिसमें संवहनी एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर19के प्रसार और संश्लेषण में वृद्धि और क्षारीय फॉस्फेट गतिविधि, कैल्शियम जमाव और अस्थि मॉर्फोजेनिक प्रोटीन20के उत्पादन को उत्तेजित करने के लिए दिखाया गया था। इसी प्रकार, इस उपकरण का उपयोग मानव अस्थि मज्जा मेसेंचिमल स्टेमकोशिकाओंके संवहनी एंडोथेलियल विकास कारक की प्रसार दर और अभिव्यक्ति को प्रोत्साहित करने के लिए किया गया था । नाकासुजी एट अल द्वारा डिजाइन किया गया डिवाइस प्लेटिनम प्लेटों से जुड़े वोल्टेज जनरेटर से बना था । इलेक्ट्रोड 24 विभिन्न बिंदुओं पर बिजली की क्षमता को मापने के लिए बनाया गया था । इस डिवाइस का उपयोग कोनड्रोसाइट्स को प्रोत्साहित करने के लिए किया गया था, जिसमें यह दर्शाया गया था कि ईएफएस ने सेल आकृति विज्ञान और प्रसार और आणविक संश्लेषण22में वृद्धि नहीं की। Au एट अल द्वारा इस्तेमाल किया डिवाइस प्लेटिनम तारों के साथ एक हृदय उत्तेजक से जुड़े दो कार्बन छड़ से लैस एक ग्लास चैंबर शामिल थे । इस उत्तेजक का उपयोग कार्डियोमायोसाइट्स और फाइब्रोब्लास्ट को प्रोत्साहित करने, सेल विस्तार और फाइब्रोब्लास्ट संरेखण23में सुधार करने के लिए किया गया था।

कई प्रकार के जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने के लिए हेल्महोल्ट्ज कॉइल के आधार पर विभिन्न एमएफ उपकरणों का निर्माण किया गया है। उदाहरण के लिए, हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल का उपयोग कोनड्रोसाइट्स24, 25के प्रसार और आणविक संश्लेषण को प्रोत्साहितकरने,आर्टिकुलर कार्टिलेज एक्सप्लांट्स26के प्रोटेओग्लाइकैन संश्लेषण को बढ़ाने, ऑस्टियोब्लास्ट जैसी कोशिकाओं के हड्डी निर्माण से संबंधित जीन अपरेगुलेशन में सुधार करने के लिए किया गया है27,और एंडोथेलियल कोशिकाओं के प्रसार और आणविक अभिव्यक्ति में वृद्धि28। हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल दूसरे के सामने स्थित दो कुंडलों में एमएफ उत्पन्न करते हैं। एक सजातीय एमएफ सुनिश्चित करने के लिए कुंडलों के त्रिज्या के बराबर दूरी के साथ रखा जाना चाहिए। हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल का उपयोग करने का नुकसान कुंडली आयामों में निहित है, क्योंकि उन्हें आवश्यक एमएफ तीव्रता उत्पन्न करने के लिए काफी बड़ा होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, जैविक ऊतकों के आसपास एमएफएस के सजातीय वितरण को सुनिश्चित करने के लिए कुंडलों के बीच की दूरी पर्याप्त होनी चाहिए। हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल के कारण होने वाले मुद्दों से बचने के लिए, विभिन्न अध्ययनों को सोनालिका कॉइल विनिर्माण पर केंद्रित किया गया है। सोनालिका कॉयल एक ट्यूब पर आधारित होते हैं, जो एमएफएस उत्पन्न करने के लिए तांबे के तार के साथ घाव होते हैं। कॉपर वायर इनपुट को सीधे आउटलेट या बिजली की आपूर्ति से जोड़ा जा सकता है ताकि कुंडली को सक्रिय किया जा सके और सोनालिका के केंद्र में एमएफ बनाया जा सके। कुंडली जितनी अधिक बदल जाती है, एमएफ उतना ही अधिक उत्पन्न होता है। एमएफ परिमाण कुंडली29को सक्रिय करने के लिए लागू वोल्टेज और वर्तमान पर भी निर्भर करता है । सोनालिका कॉइल का उपयोग चुंबकीय रूप से विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं जैसे हेला, एचईके 293 और एमसीएफ730 या मेसेंचिमल स्टेम सेल31को प्रोत्साहित करने के लिए किया गया है।

विभिन्न लेखकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले उपकरणों ने या तो इलेक्ट्रोड के पर्याप्त आकार या कुंडली की सही लंबाई को ईएफ और एमएफ दोनों को सजातीय रूप से वितरित करने के लिए नहीं माना है। इसके अलावा, उपकरणों निश्चित वोल्टेज और आवृत्तियों उत्पन्न, विशिष्ट जैविक ऊतकों को प्रोत्साहित करने के लिए उनके उपयोग को सीमित। इस कारण से, इस प्रोटोकॉल में एक कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन दिशानिर्देश दोनों कैपेसिटिव सिस्टम और कॉइल का अनुकरण करने के लिए किया जाता है ताकि जैविक नमूनों पर ईएफएस और एमएफ का सजातीय वितरण सुनिश्चित किया जा सके, बढ़त प्रभाव से बचा जा सके। इसके अतिरिक्त, यह दिखाया गया है कि इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के डिजाइन इलेक्ट्रोड और कुंडली के बीच वोल्टेज और आवृत्ति उत्पन्न करते हैं, ईएफएस और एमएफ बनाते हैं जो सेल संस्कृति की बाधा के कारण होने वाली सीमाओं को अच्छी तरह से प्लेटें और हवा से दूर कर देगा। ये संशोधन किसी भी जैविक ऊतक को उत्तेजित करने के लिए गैर-आक्रामक और अनुकूली बायोरिएक्टर के निर्माण की अनुमति देंगे।

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Protocol

1. ईएफएस और एमएफ का अनुकरण

नोट: COMSOL मल्टीफिजिक्स में ईएफ और एमएफ का अनुकरण किया गया था।

  1. डोमेन इलेक्ट्रिक और चुंबकीय दोनों का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक स्वयंसिमित 2D विन्यास का चयन करें।
  2. भौतिक विन्यास में, कुंडल के आसपास एमएफएस की गणना करने के लिए समानांतर इलेक्ट्रोड या चुंबकीय क्षेत्र इंटरफेस में ईएफ की गणना करने के लिए इलेक्ट्रिक करंट इंटरफेस का चयन करें।
  3. अध्ययन विन्यास में, एक या कई आवृत्तियों के लिए हार्मोनिक उत्तेजन के अधीन एक रैखिक या रैखिक मॉडल की प्रतिक्रिया की गणना करने के लिए आवृत्ति डोमेन का चयन करें।
  4. एक बार मॉडल का निर्माण शुरू करने के लिए इंटरफ़ेस के अंदर, ब्याज के मॉडल के अनुसार अगले चरणों का पालन करें।
    1. ईएफ के लिए एक मॉडल का निर्माण
      1. ज्यामिति बनाएं। मॉडल बिल्डरमें, ज्यामितिका चयन करें । फिर, यूनिट्स सेक्शन का पता लगाएं और एमएमचुनें। ज्यामिति टूलबारपर आयत का चयन करें और आयत विंडो सेटिंग्स के आकार और आकार बॉक्स में प्रत्येक घटक के आयामों को टाइप करें । ज्यामिति हवा, दो समानांतर इलेक्ट्रोड, एक संस्कृति अच्छी तरह से प्लेट, संस्कृति मीडिया और एक जैविक नमूना है, जो इस मामले में हायलूरोनिक एसिड के एक पाड़ द्वारा प्रतिनिधित्व किया है द्वारा रचित है -जिलेटिन हाइड्रोगेल (तालिका 1में प्रत्येक तत्व के आयाम देखें) । एक बार सभी ज्यामिति का निर्माण कर रहे हैं, सभी वस्तुओं का निर्माणपर क्लिक करें ।
      2. चयन बनाएं। परिभाषाओं टूलबारपर, धातु डोमेन के लिए चयन बनाने के लिए स्पष्ट क्लिक करें। इलेक्ट्रोड का प्रतिनिधित्व करने वाली ज्यामिति का चयन करें। इसके बाद, इसका नाम बदलने के लिए स्पष्ट 1 पर सही क्लिक करें। नए लेबल टेक्स्ट फ़ील्ड में धातु टाइप करें।
        1. दूसरी ओर, परिभाषाओं टूलबारपर, पूरकपर क्लिक करें। पूरक सेटिंग विंडो में इनपुट एंटिटीज सेक्शन का पता लगाएं। फिर, उलटा करने के लिए चयन के तहत, ऐड संवाद बॉक्स से इनवर्ट सूची में चयन में धातु पर क्लिक करें और चुनें। इसके बाद, इसे बदलने के लिए पूरक 1 में राइट-क्लिक करें। नए लेबल टेक्स्ट फ़ील्ड में मॉडल डोमेन टाइप करें।
      3. सीमाएं बनाएं। परिभाषाओं टूलबार पर स्पष्ट क्लिक करें। के बाद, स्पष्ट और ज्यामितीय इकाई स्तर की सूची से सेटिंग्स विंडो में इनपुट एंटिटी अनुभाग का पता लगाएं, सीमा चुनें। यहां, नीचे इलेक्ट्रोड के लिए सभी सीमाओं का चयन करें। इसका नाम बदलने के लिए राइट-क्लिक स्पष्ट 2। नए लेबल टेक्स्ट फ़ील्ड में ग्राउंड सीमाएं टाइप करें। इन चरणों को दोहराएं लेकिन ऊपरी इलेक्ट्रोड के लिए सभी सीमाओं का चयन करें। इसके बाद, इसका नाम बदलने के लिए स्पष्ट 3 पर सही क्लिक करें। नए लेबल टेक्स्ट फ़ील्ड में टर्मिनल सीमाएं टाइप करें.
      4. बिजली की धाराओं को जोड़ें। मॉडल बिल्डर विंडो में, घटक 1 क्लिक इलेक्ट्रिक धाराओं (ईसी) केतहत। फिर, इलेक्ट्रिक धाराओं सेटिंग्स विंडो में डोमेन चयन अनुभाग का पता लगाएं। चयन सूची से, मॉडल डोमेनचुनें। फिजिक्स टूलबारपर, सीमाओं पर क्लिक करें और ग्राउंडचुनें। इसके बाद, ग्राउंड सेटिंग्स विंडो में सीमा चयन अनुभाग का पता लगाएं और चयन सूची से ग्राउंड सीमाओं का चयन करें।
        1. इसके बाद, सीमाओं पर क्लिक करें और भौतिकी टूलबारपर टर्मिनल चुनें। अंत में, टर्मिनल सेटिंग्स विंडो में सीमा चयन अनुभाग का पता लगाएं और चयन सूची से टर्मिनल सीमाओं का चयन करें; यहां, टर्मिनल सेक्शन का पता लगाएं और टर्मिनल सूची से वोल्टेज चुनें और 100 वी टाइप करें।
      5. सामग्री जोड़ें। ऐड मटेरियल विंडो खोलने के लिए होम टूलबार पर सामग्री जोड़ने पर क्लिक करें। हवा और स्टेनलेस स्टील खोजें और उन्हें मॉडल बिल्डर विंडो में जोड़ें। फिर, होम टूलबार पर खाली सामग्री पर क्लिक करें और संस्कृति मीडिया, पाड़ (हाइड्रोजेल) और पॉलीस्टीरिन (संस्कृति अच्छी तरह से प्लेट) के लिए तीन नई खाली सामग्री जोड़ें।
      6. डाइइलेक्ट्रिक गुणों को असाइन करने के लिए एक खाली सामग्री का चयन करें। सामग्री सेटिंग्स विंडो में सामग्री गुण सूची का पता लगाएं और मूल गुण विकल्प सूची से सापेक्ष अनुमति और विद्युत चालकता का चयन करें। संस्कृति मीडिया, हाइड्रोजेल और संस्कृति अच्छी तरह से प्लेट के लिए डाइइलेक्ट्रिक गुण तालिका 2में हैं । सभी खाली सामग्रियों के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएं।
      7. प्रत्येक सामग्री को पहले निर्मित ज्यामिति को असाइन करें। मॉडल बिल्डर विंडो के रूप में वायु सामग्री का चयन करें; फिर, ग्राफिक विंडो से हवा के अनुरूप डोमेन का चयन करें। बनाई गई सभी सामग्रियों के लिए इस चरण को दोहराएं। सुनिश्चित करें कि प्रत्येक डोमेन सही सामग्री से मेल खाता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी सामग्रियों को सही ढंग से सौंपा गया है, मॉडल बिल्डर विंडो से प्रत्येक सामग्री पर क्लिक करें और देखें कि ग्राफिक विंडो के भीतर डोमेन नीले रंग में हाइलाइट किए गए हैं या नहीं।
      8. जाल बनाएं। मॉडल बिल्डर विंडो में राइट-क्लिक मेष 1 और फ्री त्रिकोणीयका चयन करें। आकार का चयन करके इस चरण को दोहराएं। मेष सेटिंग विंडो में अनुक्रम प्रकार सूची से उपयोगकर्ता द्वारा नियंत्रित जाल का चयन करें। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो और क्लिक आकार में जाल विकल्पों का विस्तार करें।
      9. आकार सेटिंग विंडो में तत्व आकार मापदंडों का पता लगाएं और अधिकतम तत्व आकार के लिए 1 मिमी, न्यूनतम तत्व आकार के लिए 0.002 मिमी, अधिकतम आइटम वृद्धि दर के लिए 1.1, वक्रता कारक के लिए 0.2 और संकीर्ण क्षेत्रों के समाधान के लिए 1। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में मेष विकल्पों का विस्तार करें और फ्री त्रिकोणीय 1पर क्लिक करें। यहां, मेशेड होने के लिए सभी डोमेन का चयन करें। अंत में, जाल सेटिंग विंडो में सभी का निर्माण करें।
      10. पढ़ाई बनाएं। मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 पर क्लिक करें। फिर, स्टडी सेटिंग विंडो में स्टडी सेटिंग्स सेक्शन का पता लगाएं और जेनरेट डिफॉल्ट प्लॉट्स चेक बॉक्स को क्लियर करें । मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 नोड का विस्तार करें और स्टेप 1 पर क्लिक करें: फ्रीक्वेंसी डोमेन। अंत में, फ्रीक्वेंसी डोमेन सेटिंग्स विंडो में स्टडी सेटिंग्स सेक्शन का पता लगाएं और फ्रीक्वेंसी टेक्स्ट फील्ड में 60 किलोहर्ट्ज टाइप करें।
      11. अध्ययन की गणना करें। क्लिक करें अध्ययन टूलबार पर डिफ़ॉल्ट सॉल्वर दिखाएं। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 सॉल्वर कॉन्फ़िगरेशन नोड का विस्तार करें। मॉडल बिल्डर विंडो में समाधान 1 (sol1) नोड का विस्तार करें; इसके बाद स्टेशनरी सॉल्वर सेटिंग विंडो में स्टेशनरी सॉल्वर 1 पर क्लिक करें और रिलेटिव टॉलरेंस टेक्स्ट फील्ड में जनरल सेक्शन और टाइप 1e-6 का पता लगाएं । अंत में, अध्ययन टूलबारपर गणना पर क्लिक करें ।
      12. प्लॉट परिणाम। होम टूलबार पर परिणाम अनुभाग का चयन करें और 2D प्लॉट समूहजोड़ें। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में राइट-क्लिक 2D प्लॉट ग्रुप 1 और सरफेसचुनें। फिर, सरफेस सेटिंग्स विंडो में डेटा अनुभाग का पता लगाएं और अग्रदूतका चयन करें। के बाद, सतह सेटिंग्स खिड़की में अभिव्यक्ति अनुभाग का पता लगाएं; यहां, एक नई विंडो खोलने और चयन सूची(मॉडल - घटक 1 - इलेक्ट्रिक धाराओं - इलेक्ट्रिक)से अनुवर्ती मार्ग का पता लगाने के लिए प्लस (+) प्रतीक में क्लिक करें। यहां, ec.normE - EF नॉर्मका चयन करें। अंत में, परिणामों को प्लॉट करने के लिए सतह सेटिंग्स विंडो में ग्राफिक पर क्लिक करें।
    2. एमएफ के लिए एक मॉडल का निर्माण
      1. ज्यामिति बनाएं। मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति का चयन करें; फिर, यूनिट्स सेक्शन का पता लगाएं और एमएम चुनें। ज्यामिति टूलबार पर आयत का चयन करें और आयत विंडो सेटिंग के आकार और आकार बॉक्स में प्रत्येक घटक के आयाम टाइप करें। ज्यामिति हवा और कूपर द्वारा बनाई गई है (तालिका 1में प्रत्येक तत्व के आयाम देखें)। एक बार सभी ज्यामिति का निर्माण कर रहे हैं, सभी वस्तुओं का निर्माणपर क्लिक करें ।
      2. सामग्री जोड़ें। ऐड मटेरियल विंडो खोलने के लिए होम टूलबार पर सामग्री जोड़ने पर क्लिक करें। हवा और तांबे खोजें और उन्हें मॉडल बिल्डर विंडो में जोड़ें। तांबे के लिए डाइइलेक्ट्रिक गुण तालिका 2में हैं।
      3. सीमाएं बनाएं। मॉडल बिल्डर विंडो पर मैग्नेटिक्स फील्ड पर क्लिक करें। यहां, मैग्नेटिक फील्ड्स सेटिंग विंडो पर समीकरण सूची का पता लगाएं और समीकरण फॉर्म सूची से आवृत्ति डोमेन समीकरण चुनें। फ्रीक्वेंसी लिस्ट में सॉल्वर सेचुनें । के बाद, मॉडल बिल्डर विंडो में चुंबकीय क्षेत्र की सूची पर एम्पीयर के कानून का पता लगाएं। तापमानमें प्रकार 293.15 [कश्मीर] में, इनपुट मॉडल सूची से पूर्ण दबाव में 1 [एटीएम] । फिर, एम्पीयर की लॉ सेटिंग विंडो में सामग्री प्रकार की सूची से ठोस चुनें। सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रिक चालकता, सापेक्ष अनुमति और सापेक्ष पारमशीलता सूची में सामग्री से मेल खाती है।
      4. मॉडल बिल्डर विंडो में चुंबकीय क्षेत्र सूची पर अक्षीय समरूपता का पता लगाएं। सुनिश्चित करें कि अक्षीय समरूपता रेखा को सीमा चयन सूची और ग्राफिक विंडो दोनों में हाइलाइट किया गया है। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में चुंबकीय क्षेत्र सूची पर चुंबकीय अलगाव का पता लगाएं। सुनिश्चित करें कि ज्यामिति से सीमाओं को सीमा चयन सूची और ग्राफिक विंडो दोनों में हाइलाइट किया गया है।
      5. मॉडल बिल्डर विंडो में चुंबकीय क्षेत्र सूची पर प्रारंभिक मूल्यों का पता लगाएं। पहले निर्मित ज्यामिति का चयन करें और उन्हें प्रारंभिक मूल्य सेटिंग विंडो से डोमेन चयन में शामिल करें।
      6. कुंडली की विशेषताएं पेश करें। मॉडल बिल्डर विंडो में चुंबकीय क्षेत्र सूची पर कई कुंडल का पता लगाएं। यहां, कुंडली का प्रतिनिधित्व करने वाली ज्यामिति का चयन करता है और उन्हें मल्टीपल कॉइल सेटिंग्स विंडो से डोमेन चयन में शामिल करता है।
      7. मल्टीपल कॉइल सेटिंग विंडो पर मल्टीपल कॉइल लिस्ट का पता लगाएं; यहां, कुंडल उत्तेजन सूची का पता लगाने और वर्तमानका चयन करें; इसके बाद, कुंडल वर्तमान सूची में टाइप 1 [ए], फेरे की संख्या में 450 और कुंडल चालकता में 6e7 [S/m] ।
      8. कुंडल तार क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र का पता लगाएं और सूची से उत्तरी अमेरिकी केबल व्यास (ब्राउन एंड शार्प) चुनें और AWG विकल्प में टाइप 18। सुनिश्चित करें कि सापेक्ष अनुमति और सापेक्ष पारियक्षा सूची में सामग्री से मेल खाती है।
      9. जाल बनाएं। मेष सेटिंग विंडो में अनुक्रम प्रकार सूची से भौतिकी द्वारा नियंत्रित मेष का चयन करें। इसके बाद, मेष सेटिंग विंडो में तत्व आकार मापदंडों का पता लगाएं और बेहद ठीक चुनें। अंत में, जाल सेटिंग विंडो में सभी डोमेन का चयन करें और बिल्ड ऑल पर क्लिक करें।
      10. पढ़ाई बनाएं। मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 पर क्लिक करें। फिर, स्टडी सेटिंग विंडो में स्टडी सेटिंग्स सेक्शन का पता लगाएं और जेनरेट डिफॉल्ट प्लॉट्स चेक बॉक्स को क्लियर करें । मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 नोड का विस्तार करें और स्टेप 2 पर क्लिक करें: फ्रीक्वेंसी डोमेन। अंत में, फ्रीक्वेंसी डोमेन सेटिंग्स विंडो में स्टडी सेटिंग्स सेक्शन का पता लगाएं और फ्रीक्वेंसी टेक्स्ट फील्ड में 60 हर्ट्ज टाइप करें।
      11. अध्ययन की गणना करें। क्लिक करें अध्ययन टूलबार पर डिफ़ॉल्ट सॉल्वर दिखाएं। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में अध्ययन 1 सॉल्वर कॉन्फ़िगरेशन नोड का विस्तार करें। मॉडल बिल्डर विंडो में समाधान 1 (sol1) नोड का विस्तार करें; इसके बाद, स्टेशनरी सॉल्वर सेटिंग विंडो में स्टेशनरी सॉल्वर 1 पर क्लिक करें और सापेक्ष सहिष्णुता पाठ क्षेत्र में सामान्य अनुभाग और टाइप 1e-6 का पता लगाएं। अंत में, अध्ययन टूलबारपर गणना पर क्लिक करें ।
      12. प्लॉट परिणाम। होम टूलबार पर परिणाम अनुभाग का चयन करें और 2D प्लॉट समूहजोड़ें। फिर, मॉडल बिल्डर विंडो में राइट-क्लिक 2D प्लॉट ग्रुप 1 और सरफेसचुनें। फिर, सरफेस सेटिंग्स विंडो में डेटा अनुभाग का पता लगाएं और अग्रदूतका चयन करें।
      13. सरफेस सेटिंग्स विंडो में अभिव्यक्ति अनुभाग का पता लगाएं। यहां, एक नई खिड़की खोलने और चयन सूची(मॉडल - घटक 1 - चुंबकीय क्षेत्र - चुंबकीय)से अनुवर्ती मार्ग का पता लगाने के लिए प्लस (+) प्रतीक में क्लिक करें। यहां, mf.normB - चुंबकीय प्रवाह घनत्व नॉर्म काचयन करें। अंत में, परिणामों को प्लॉट करने के लिए सतह सेटिंग्स विंडो में ग्राफिक पर क्लिक करें।

2. विद्युत और चुंबकीय उत्तेजना उपकरणों का डिजाइन और विनिर्माण

  1. विद्युत उत्तेजक उपकरण
    नोट: यह विएन ब्रिज ऑसिलेटर और दो समानांतर स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड के आधार पर एक सर्किट द्वारा रचित है । सर्किट चरण बदलाव का एक आरसी ऑसिलेटर है, जो सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। विएन ब्रिज ऑसिलेटर एक लीड-लैग नेटवर्क द्वारा बना है, जो पुल के दो हथियारों के संयोजन से इनपुट वोल्टेज को विभाजित करता है: एक प्रतिरोधक R5 कैपेसिटर के साथ C2 श्रृंखला में, और एक प्रतिरोधक R6 कैपेसिटर के साथ C3 समानांतर में (चित्रा 1A). ये घटक ऑसिलेटर की आवृत्ति को संशोधित करते हैं। विद्युत उत्तेजक डिवाइस बनाने के लिए अगले चरणों का पालन करें:
    1. गूंज आवृत्ति समीकरण (1) का उपयोग कर आवृत्ति की गणना करें।
      Equation 1
      जहां आर = आर5 = आर6 प्रतिरोधक हैं और सी = सी2 = सी3 कैपेसिटर हैं। आर और सी दोनों को पुल के दो भुजाओं(चित्रा 1A)में रखा गया है। 60 किलोहर्ट्ज की आवृत्ति प्राप्त करने के लिए आर5 = आर6 = 2.6 किΩ और सी2 = सी3 = 1 एनएफ का उपयोग करें। यदि एक अलग आवृत्ति की आवश्यकता है तो प्रतिरोधक और कैपेसिटर की गणना की जा सकती है।
    2. सर्किट को इस तरह से डिजाइन करें कि एम्पलीफायर का वोल्टेज लाभ स्वचालित रूप से आउटपुट सिग्नल के आयाम परिवर्तनों की भरपाई करता है। चित्र 1 ए में सर्किट की योजना का पालन करना संभव है, जबकि तालिका में सामग्री अनुभाग को सर्किट बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों को सूचीबद्ध किया जाता है।
    3. चार आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए प्रतिरोधियों के संयोजन की गणना करें। जैसा कि चित्रा 1 एमें दिखाया गया है, 50वीपी-पी का वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए प्रतिरोधी आर 11, आर 12, आर 13 और आर 14 (154 Ω के समकक्ष प्रतिरोध) के संयोजन का उपयोग करें; 100 वीपी-पी का वोल्टेज प्राप्त करने के लिए श्रृंखला (47,3 Ω के समकक्ष प्रतिरोध) में प्रतिरोधी आर 17,आर 18 और आर 19; 150 वीपी-पी का वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए श्रृंखला में प्रतिरोधी आर9 और आर 10 (25,3 Ω का समकक्ष प्रतिरोध) और 200 वीपी-पी का वोल्टेज प्राप्त करने के लिए प्रतिरोधी आर 15 और आर16 (16,8 Ω के समकक्ष प्रतिरोध) का संयोजन।
    4. सिग्नल प्रवर्धन चरण को लागू करने के लिए ट्रांजिस्टर (टिप 31सी) और एक फेराइट कोर ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करें। एक टॉराइडल फेरिट कोर का उपयोग एडब्ल्यूजी 24 कॉपर वायर को हवा देने के लिए किया जाता था, जो रिलेशन 1:200 को पूरा करता था। सिग्नल(चित्रा1 ए) को सुधारने के लिए ट्रांसफार्मर के समानांतर 100 एनएमएफ के दो कैपेसिटर (सी4और सी 5)का उपयोग करें।
    5. एक तीसरे पक्ष पीसीबी विनिर्माण सेवा का उपयोग कर पीसीबी तैयार करें । सर्किट का योजनाबद्ध आरेख चित्र 1में प्रदान किया गया है । पीसीबी पर सभी घटकों को एंटीस्टैटिक चिमटी के साथ रखें। सभी घटकों को मिलाप करने के लिए टिन मिलाप और टांका लोहे का उपयोग करें।
    6. सर्किट की रक्षा के लिए इनपुट कनेक्टर के साथ एक प्लास्टिक के मामले का निर्माण करें। सर्किट (12 वी, -12 वी और ग्राउंड) को सक्रिय करने के लिए तीन इनपुट कनेक्टर लागू करें। इलेक्ट्रोड को जोड़ने के लिए दो इनपुट कनेक्टर का उपयोग करें। चार आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए प्रतिरोधक संयोजन को बदलने के लिए तीन स्विच शामिल करें। प्लास्टिक के मामले(चित्रा 1B)में इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को इकट्ठा करें।
    7. प्रत्येक किनारे पर दो समानांतर स्टेनलेस-स्टील इलेक्ट्रोड (200 x 400 x 2 मिमी) और मिलाप इनपुट कनेक्टर का निर्माण करें। इलेक्ट्रोड इनक्यूबेटर(चित्रा 1C)की धातु की सतह के साथ किसी भी संपर्क को खत्म करने के लिए टेफ्लॉन या एक्रेलिक समर्थन पर स्थित हैं।
    8. इलेक्ट्रोड को स्टरलाइज करने और इनक्यूबेटर के संपर्क में आने वाले तारों को स्टरलाइज करने के लिए रात में पराबैंगनी का उपयोग करने के लिए 30 मिनट के लिए 394.15 K (121 डिग्री सेल्सियस) पर एक ऑटोक्लेव का उपयोग करें।
    9. विद्युत उत्तेजना डिवाइस का परीक्षण करें। जमीन और सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों के बीच + 12 वी और -12 वी का आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए श्रृंखला में बिजली की आपूर्ति को समायोजित करें। बिजली आपूर्ति के आउटपुट वोल्टेज को मल्टीमीटर से सत्यापित करें। विद्युत उत्तेजक (+12 वी, -12 वी और जमीन) के सही इनपुट में बिजली आपूर्ति के प्रत्येक उत्पादन को कनेक्ट करें। विद्युत उत्तेजक के सही इनपुट कनेक्टर में प्रत्येक इलेक्ट्रोड कनेक्ट करें। ध्रुवीकरण महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि हम एसी करंट पर काम कर रहे हैं । इलेक्ट्रोड के बीच एक संस्कृति अच्छी तरह से प्लेट रखें और एक ऑसिलोस्कोप के साथ आउटपुट सिग्नल को सत्यापित करें। चार आउटपुट वोल्टेज (50, 100, 150 और 200 वीपी-पी) उत्पन्न करने के लिए विद्युत उत्तेजक के स्विच को समायोजित करें।
    10. सुरक्षा सिफारिशें। इनक्यूबेटर से इलेक्ट्रोड को स्थानांतरित या हटाते समय किसी भी समस्या से बचने के लिए सुनिश्चित करें कि केबल उलझ नहीं रहे हैं। इनक्यूबेटर से इलेक्ट्रोड हटाने से पहले ऑसिलेटर से केबल डिस्कनेक्ट करें। कभी भी एक्रेलिक या टेफ्लॉन सपोर्ट के बिना इलेक्ट्रोड न रखें।
  2. चुंबकीय उत्तेजक उपकरण
    1. समीकरण (2) का उपयोग करके कुंडली के अंदर एक सजातीय एमएफ की गारंटी देने के लिए बारी-बारी से संख्या का अनुमान लगाएं, जो एक सोनालिका कुंडली के अंदर एमएफ का वर्णन करता है।
      Equation 2
      जहां μ0 वैक्यूम की चुंबकीय पारगम्यता है (4π×10-7), एनतांबेके तार के मोड़ों की संख्या है, मैं वर्तमान है, और एच, जो इसके व्यास से अधिक होना चाहिए, सोनालिका कुंडली की लंबाई है।
    2. 250 मिमी की लंबाई (एच), 1 ए की वर्तमान और बीइंस्ट = 2mTचुनकर फेरे की संख्या निर्धारित करें।
    3. कुंडली का निर्माण करें। 250 मिमी की लंबाई और 84 मिमी व्यास के साथ एक पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) ट्यूब का निर्माण करें ताकि एडब्ल्यूजी 18 कॉपर वायर को 450 फेरे(चित्रा 2 ए)पूरा किया जा सके। इनक्यूबेटर के अंदर उपलब्ध स्थान के आधार पर आयाम चुने गए थे।
    4. एक सेल संस्कृति अच्छी तरह से प्लेट समर्थन का निर्माण। यह सुनिश्चित करने के लिए पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट (पीएमएमए) समर्थन का निर्माण करें कि 35 मिमी की अच्छी तरह से प्लेटें हमेशा कुंडली के बीच में स्थित थीं जहां एमएफ सजातीय(चित्रा 2 ए)हैं।
    5. सर्किट की धारा बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर का निर्माण करें। अधिकतम एमएफ 2 मीटर तक पहुंचने के लिए 1 ए - 6 वी एसी के आउटपुट के साथ एक ट्रांसफॉर्मर बनाएं। ट्रांसफार्मर का इनपुट वोल्टेज 60 हर्ट्ज पर 110 वी एसी था। ये पैरामीटर दक्षिण अमेरिका आउटलेट के आउटपुट वोल्टेज और आवृत्ति के अनुरूप हैं।
    6. सर्किट कनेक्ट करें। ट्रांसफार्मर सीधे आउटलेट से जुड़ा हुआ है। वर्तमान में भिन्नता के लिए एक चर प्रतिरोधक (रियोस्टेट) का उपयोग करें और 1 से 2 मीटर तक एमएफ उत्पन्न करें। सर्किट(चित्रा 2B)की रक्षा के लिए एक फ्यूज कनेक्ट करें।
    7. इनक्यूबेटर के संपर्क में आने वाले तारों को स्टरलाइज करने के लिए रात में पराबैंगनी का उपयोग करें। कुंडली को पारदर्शी खिंचाव फिल्म के साथ लपेटें और कुंडली को स्टरलाइज करने के लिए इथेनॉल का उपयोग करें।
    8. एमएफ डिवाइस का परीक्षण करें। कुंडली के अंदर एमएफ परिमाण को मापने के लिए टेस्लामीटर का उपयोग करें। टेस्लामीटर जांच कुंडली के केंद्र में स्थित थी, जिससे एमएफएस और धाराओं की माप एक साथ थी।
    9. एमएफ परिमाण भिन्न करें। सर्किट(चित्रा 2B)के प्रतिरोध को संशोधित करने के लिए एक रियोस्टेट का उपयोग करें। 1 मीटर के एमएफएस उत्पन्न करने के लिए 0.7 Ω के प्रतिरोध मूल्य का उपयोग किया गया था।
    10. सुरक्षा सिफारिशें। इनक्यूबेटर से सोनालिका को स्थानांतरित करते समय या हटाने के दौरान किसी भी समस्या से बचने के लिए सुनिश्चित करें कि केबल उलझ नहीं रहे हैं। इनक्यूबेटर से सोनालिका निकालने से पहले ट्रांसफार्मर से केबल काट दें। पीएमएमए सपोर्ट के बिना कभी भी सोनालिका न रखें। इनक्यूबेटर से स्थानांतरित या हटाने पर आधार और सोनालिका से पीएमएमए समर्थन दोनों को दृढ़ता से समझें।

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Representative Results

कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन
ईएफ और एमएफ के वितरण को चित्र 3में दिखाया गया है । एक तरफ, कैपेसिटिव सिस्टम(चित्रा 3 ए)में ईएफ के सजातीय वितरण का निरीक्षण करना संभव था। ईएफ को जैविक नमूने(चित्रा 3बी)के अंदर क्षेत्र की भयावहता का विस्तार से पालन करने की साजिश रची गई थी। यह सिमुलेशन इलेक्ट्रोड के आकार को पैरालेट्राइज करने और बढ़त के प्रभाव से बचने के लिए उनका निर्माण करने के लिए उपयोगी था। दूसरी ओर, सोनालिका कुंडली(चित्रा 3सी)द्वारा उत्पन्न एमएफएस के सजातीय वितरण का निरीक्षण करना संभव था। एमएफ को कुंडली(चित्रा 3 डी)के अंदर क्षेत्र की भयावहता का विस्तार से पालन करने की साजिश रची गई थी। यह सिमुलेशन महत्वपूर्ण उपाय दूरी जहां एमएफ एक ही है और PMMA समर्थन का निर्माण किया गया । यह समर्थन न केवल कुंडली के केंद्र में एमएफ का एक सजातीय वितरण सुनिश्चित करता है, बल्कि जैविक नमूनों में भी उत्तेजित होता है।

विद्युत और चुंबकीय उत्तेजक द्वारा उत्पन्न संकेत
विद्युत उत्तेजक द्वारा उत्पन्न आउटपुट सिग्नल चित्र 4में दिखाए जाते हैं । यह उजागर करने के लिए प्रासंगिक है कि ऑसिलोस्कोप द्वारा कैप्चर किए गए संकेतों को सीधे इलेक्ट्रोड में लिया गया था, क्योंकि माप सीधे आउटपुट केबल पर ले जाया जाता है, वोल्टेज अधिक होगा(चित्रा 4A)। यह वोल्टेज भिन्नता इलेक्ट्रोड की क्षमता द्वारा दी जाती है। आउटपुट वोल्टेज 60 किलोहर्ट्ज पर 5V ± की सीमा में दोलन करता है; उदाहरण के लिए, आउटपुट सिग्नल क्रमशः 50, 100, 150 और 200 वीपी-पी के लिए 54.9 वीपी-पी(चित्रा4बी), 113 वीपी-पी (चित्रा4सी),153 वीपी-पी(चित्रा 4डी)थे।

चुंबकीय उत्तेजक द्वारा उत्पन्न आउटपुट सिग्नल चित्र 5में दिखाया गया है । ऑसिलोस्कोप द्वारा कैप्चर किए गए सिग्नल को सीधे कुंडली(चित्रा 5A)के आउटपुट केबल में लिया गया था। आउटपुट वोल्टेज 60 हर्ट्ज(चित्रा 5B)पर ± 15V पी-पी की सीमा में दोलन करता है।

Figure 1
चित्रा 1। विद्युत उत्तेजना उपकरण। A) सर्किट जो 60 किलोहर्ट्ज ज्या वेव-फॉर्म में 50, 100, 150 और 200 वीपी-पी के तनाव उत्पन्न करता है। ख) मामले के भीतर मुद्रित सर्किट बोर्ड । ग) इनक्यूबेटर के अंदर इलेक्ट्रोड । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2। चुंबकीय उत्तेजना उपकरण। A)चुंबकीय उत्तेजक उपकरण और पीएमएमए समर्थन का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। B)एमएफएस जेनरेट करने के लिए सर्किट करें इस आंकड़े का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3। ईएफएस और एमएफ का कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन। ए) कैपेसिटिव सिस्टम के अंदर और बाहर ईएफएस का वितरण। ख) हाइड्रोजेल के भीतर ईएफ का वितरण, ब्याज के क्षेत्र को लाल विस्तार से दर्शाया गया है । ग) कुंडली के अंदर और बाहर एमएफएस का वितरण। घ) कुंडली के केंद्र में एमएफएस का वितरण, ब्याज का क्षेत्र लाल विस्तार से इंगित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4। विद्युत उत्तेजक द्वारा उत्पन्न साइनसॉयडल सिग्नल। ए) विद्युत उत्तेजक द्वारा उत्पन्न सिग्नल सत्यापन। B) 50 वीपी-पी सी पर सिग्नल) 100 वीपी-पी डी पर सिग्नल) 150 वीपी-पी ई पर सिग्नल) 200 वीपी-पी पर सिग्नल। सभी माप 60 किलोहर्ट्ज पर 5V ± की सीमा में दोलन करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5। चुंबकीय उत्तेजक द्वारा उत्पन्न साइनसॉयडल सिग्नल। ए) चुंबकीय उत्तेजक द्वारा उत्पन्न सिग्नल सत्यापन। B) 60 हर्ट्ज पर 15 वीपी-पी पर सिग्नल करें। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

प्रणाली घटक चौड़ाई (मिमी) ऊंचाई (मिमी)
विद्युत प्रणाली वायु 100 100
इलेक्ट्रोड 50 5
अच्छी तरह से थाली 7 20
हाइड्रोजेल 3.5 3.5
संस्कृति मीडिया 6 8
चुंबकीय प्रणाली वायु 500 600
लच्छा 2 250

तालिका 1. विद्युत और चुंबकीय प्रणालियों की रचना करने वाली ज्यामिति का आयाम।

प्रणाली घटक सापेक्ष अनुमति (ε) चालकता (σ)
विद्युत प्रणाली वायु 1 0
इलेक्ट्रोड 1 1.73913 [एमएस/एम]
अच्छी तरह से थाली 3.5 6.2E-9 [S/m]
हाइड्रोजेल 8.03E3 7.10E-2 [S/m]
संस्कृति मीडिया 2.67E4 7.20E-2 [S/m]
चुंबकीय प्रणाली लच्छा 1 5.998E7 [S/m]

तालिका 2. विद्युत और चुंबकीय प्रणालियों की रचना करने वाले तत्वों के डाइइलेक्ट्रिक गुण।

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Discussion

मानव ऊतकों को प्रभावित करने वाली विभिन्न विकृतियों को ठीक करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपचार औषधीय उपचार32 या शल्य चिकित्सा हस्तक्षेप33हैं, जो स्थानीय रूप से दर्द को दूर करना चाहते हैं या प्रभावित ऊतकों को एक्सप्लांट या प्रत्यारोपण के साथ बदलते हैं। हाल ही में, ऑटोलॉगस सेल थेरेपी को घायल ऊतकों के इलाज के लिए एक वैकल्पिक चिकित्सा के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जहां कोशिकाओं को रोगी से अलग किया जाता है और इन विट्रो तकनीकों के माध्यम से विस्तारित किया जाता है, चोट34की साइट पर प्रत्यारोपित किया जाएगा। यह देखते हुए कि ऑटोलॉगस सेल थेरेपी ने ऊतक वसूली पर सीधा प्रभाव रखना प्रदर्शित किया है, इस तकनीक की प्रभावशीलता को बढ़ाने के लिए विभिन्न रणनीतियों को विकसित किया गया है। उदाहरण के लिए, जैव भौतिक उत्तेजनाओं का उपयोग कई प्रकार के जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने, कोशिका प्रसार और आणविक संश्लेषण35,36में सुधार करके कोशिका कार्यक्षमता को प्रेरित करने के लिए एक गैर-आक्रामक वैकल्पिक चिकित्सा के रूप में किया गया है। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली बायोफिजिकल उत्तेजनाओं में से, इलेक्ट्रोस्टिमुलेशन और मैग्नेटोथेरेपी को कोशिकाओं, ऊतक एक्सप्लांट और मचानों को प्रोत्साहित करने के लिए व्यापक रूप से लागू किया गया है। इस बात का प्रमाण मिला है कि इलेक्ट्रोस्टिमुलेशन से दर्द कम होता है और कई ऊतकों की उपचार प्रक्रिया बढ़जातीहै । मैग्नेटोथेरेपी के बारे में, यह वर्णित किया गया है कि यह उत्तेजना मेजबान ऊतकों के साथ प्रत्यारोपण के एकीकरण में सुधार करती है, उपचार प्रक्रियाओं को तेज करती है, स्थानीय रूप से दर्द से राहत देती है और निशान शक्ति8,38को बढ़ाती है।

उपर्युक्त पर विचार करते हुए, बायोमैटेरियल्स, सेल कल्चर और एक्सटर्नल बायोफिजिकल उत्तेजनाओं जैसे ईएफएस और एमएफ जैसे इन विट्रो स्तर पर, ऊतक इंजीनियरिंग में घायल ऊतकों को ठीक करने के लिए एक वैकल्पिक चिकित्सीय तकनीक के रूप में पेश किया गया है8,39। हालांकि, एक बायोरिएक्टर ढूंढना जो विभिन्न ऊतकों को उत्तेजित करने में मदद करता है, चाहे वह स्वस्थ हो या दर्दनाक विकृतियों से प्रभावित हो, एक चुनौती है। इस संदर्भ में, वर्तमान प्रोटोकॉल का उद्देश्य विद्युत और चुंबकीय उत्तेजक दोनों विकसित करना है। वर्तमान में, ईएफ लागू करने के लिए दो संभावित योजनाएं हैं। पहली विधि में प्रत्यक्ष युग्मन प्रणालियों के माध्यम से ईएफ उत्पन्न करना होता है, जिसका उपयोग सेल माइग्रेशन और ओरिएंटेशन40, 41,42का मूल्यांकन करने के लिए कियाजाताहै। हालांकि, संपर्क में इलेक्ट्रोड द्वारा सेल संस्कृति माध्यम की जैव अनुकूलता में परिवर्तन, पीएच और आणविक ऑक्सीजन स्तर में संभावित परिवर्तन1जैसी सीमाएं हैं। इसके अतिरिक्त, प्रत्यक्ष युग्मित उत्तेजना उच्च आवृत्ति संकेतों को बढ़ाना नहीं कर सकते । उत्पादन समय के साथ भिन्न होता है, जिससे आपूर्ति वोल्टेज परिवर्तन उत्पन्न होता है। इसमें तापमान की थोड़ी स्थिरता है, इसके कारण इसके ऑपरेटिंग पॉइंट्स बदलते हैं और कम आवृत्तियों पर कैपेसिटर विफल हो जाता है और एक ओपन सर्किट43के रूप में कार्य करता है। इन सीमाओं को ध्यान में रखते हुए, दूसरी विधि लागू की गई, जहां बाहरी समानांतर इलेक्ट्रोड का उपयोग किया गया था। इस अप्रत्यक्ष युग्मन प्रणाली विधि से कोशिका प्रसार और आणविक संश्लेषण में वृद्धि का प्रमाण मिला है3,7 ,17,22,44,45. हालांकि, विभिन्न लेखकों द्वारा विकसित उपकरणों ने सजातीय रूप से ईएफ वितरित करने के लिए इलेक्ट्रोड के आकार पर विचार नहीं किया है। उदाहरण के लिए, उपकरण निश्चित वोल्टेज और आवृत्तियों उत्पन्न करते हैं, जो विशिष्ट कोशिकाओं और ऊतकों को उत्तेजित करने में उनके उपयोग को सीमित करते हैं। तदनुसार, इस अध्ययन में इलेक्ट्रोड के आकार को जैविक ऊतकों पर ईएफएस का सजातीय वितरण सुनिश्चित करने के लिए मॉडलिंग की गई थी। इसके अलावा, इलेक्ट्रोड के बीच एक आवृत्ति और उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए एक सर्किट तैयार किया गया था, जिससे विभिन्न ईएफ बनाए गए थे जो सेल संस्कृति की बाधा के कारण होने वाली सीमाओं को अच्छी तरह से प्लेटें और हवा से दूर करते हैं।

सोनालिका कॉयल बहुमुखी उपकरण हैं जिनका उपयोग इनक्यूबेटर के भीतर जैविक नमूनों को प्रोत्साहित करने के लिए किया जा सकता है, जिससे जैविक नमूनों की शारीरिक विशेषताओं को प्रभावित किए बिना वायुमंडलीय स्थितियां स्थिर रहती हैं। यह लाभ यह स्पष्ट करता है कि सोनालिका कुंडल हेल्महोल्ट्ज़ कॉइल से अधिक व्यवहार्य विकल्प हैं, क्योंकि इन्हें आकार में बड़ा होने की आवश्यकता है, जिससे इनक्यूबेटर46के अंदर उत्तेजना को रोका जा सके। इनक्यूबेटर के बाहर जैविक नमूनों की उत्तेजना सेल संस्कृति संदूषण, सेल तनाव, संस्कृति मीडिया के पीएच परिवर्तन, दूसरों के बीच में कई मुद्दों में नेतृत्व कर सकते हैं । यह देखते हुए कि 24 , 25 ,26,27के कई कोशिका प्रकारों और ऊतकों को उत्तेजित करने के लिए विभिन्न उत्तेजक उपकरण विकसित किए गए हैं , यह उन उपकरणों का निर्माण करने के लिए प्रासंगिक है जहां एमएफ की तीव्रता जैविक नमूनों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रोत्साहित करने के लिए भिन्न हो सकती है29,30। तदनुसार, इस प्रोटोकॉल में चुंबकीय उत्तेजक एक रियोस्टेट से जुड़ा हुआ है, जो उनके प्रतिरोध और वर्तमान, मापदंडों को संशोधित करके सोनालिका के माध्यम से बहने वाली धारा को भिन्न कर सकता है जो सीधे एमएफ की पीढ़ी से संबंधित हैं। चुंबकीय उपकरणों के निर्माण के समय विचार करने के लिए एक और महत्वपूर्ण विशेषता एमएफएस का वितरण है। यहां, सोनालिका कुंडली के अंदर एमएफ वितरण का अनुकरण करने के लिए एक कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन का उपयोग किया गया था। इस सिमुलेशन ने तांबे के तार के मोड़ों की संख्या और कुंडली के बीच में सजातीय एमएफ उत्पन्न करने के लिए कुंडली की लंबाई की गणना करने की अनुमति दी। कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन जैविक नमूनों की संख्या की गणना करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है, यह सुनिश्चित करना है कि सभी नमूनों को एक ही क्षेत्र शक्ति47प्राप्त करें।

इस प्रोटोकॉल में विकसित बायोफिजिकल उत्तेजकों की कुछ सीमाएं हैं। सबसे पहले, विद्युत उत्तेजक के लिए डिज़ाइन किया गया इलेक्ट्रॉनिक सर्किट एक विशिष्ट आवृत्ति पर चार आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है। हालांकि सर्किट इलेक्ट्रोड1के बीच उच्च वोल्टेज पैदा करने की सीमा को दूर करता है, लेकिन चर वोल्टेज और आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए इसमें सुधार किया जा सकता है। सर्किट को समीकरण (1) का उपयोग करके प्रतिरोधक या कैपेसिटर की गणना करने के लिए विभिन्न आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए संशोधित किया जा सकता है; हालांकि, मैन्युअल रूप से प्रतिरोधक मूल्य को अलग करने के लिए चर प्रतिरोधियों का उपयोग करना संभव है। इसी तरह, आउटपुट वोल्टेज को अलग करने के लिए सर्किट के प्रवर्धन चरण में एक चर प्रतिरोधक का उपयोग किया जा सकता है। दूसरा, इलेक्ट्रिकल स्टिमुलेटर का इलेक्ट्रॉनिक सर्किट साइनसॉयडल सिग्नल उत्पन्न करता है। वर्ग, त्रिकोणीय, ट्रैपेज़ोइडल और रैंप जैसे विभिन्न प्रकार के संकेतों को उत्पन्न करना उपयोगी होगा, क्योंकि इस प्रकार के संकेतों का उपयोग कोशिकाओं और जैविक नमूनों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रोत्साहित करने के लिए किया जा सकता है48,49। विभिन्न प्रकार के संकेतों को उत्पन्न करने के लिए, परिचालन एम्पलीफायर को एक अखंड फ़ंक्शन जनरेटर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जो कम आयाम के साथ उच्च स्थिरता और सटीकता के उच्च गुणवत्ता वाले तरंग रूपों का उत्पादन कर सकता है, और प्रवर्धन चरण को गैर-उलटा परिचालन एम्पलीफायर या एनपीएन ट्रांजिस्टर के साथ एक मंच द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। तीसरा, भले ही चुंबकीय उत्तेजक छोटे एमएफ परिमाण उत्पन्न करता है, यह सबूत दिया गया है कि इन तीव्रताों का जैविक नमूनों की गतिशीलता पर सीधा प्रभाव पड़ता है24,28,30, 38; हालांकि, चुंबकीय उपकरण जैविक ऊतकों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रोत्साहित करने के लिए चर एमएफएस और आवृत्तियों उत्पन्न करने के लिए सुधार किया जा सकता है29.

कुल मिलाकर, यह प्रोटोकॉल एक उपयोगी उपकरण है जो वैज्ञानिक समुदाय को एक तकनीकी योगदान प्रदान करता है जो जैविक ऊतकों की जैव भौतिक उत्तेजना पर काम करता है। इन उपकरणों के शोधकर्ताओं को स्वस्थ जैविक ऊतकों या एक विशेष विकृति द्वारा बदल उन लोगों के समारोह को प्रोत्साहित करने के लिए EFs और MFs का उपयोग करने की अनुमति होगी । वीवो अध्ययनों में आगे इस पर विचार करते हुए, विभिन्न मापदंडों और इलेक्ट्रोड आकार, कुंडली के मोड़ की संख्या, उत्तेजना शक्ति और उत्तेजना समय जैसे सूअर, बछड़ों, गिनी सूअरों या खरगोशों जैसे जानवरों में ईएफ और एमएफ दोनों को सजातीय रूप से वितरित करने के लिए निर्धारित किया जाएगा। इसके अतिरिक्त, इस प्रोटोकॉल में डिजाइन किए गए बायोरिएक्टर को ऑटोलॉगस सेल प्रत्यारोपण जैसी पुनर्योजी तकनीकों में सुधार करने के लिए नैदानिक सेटिंग्स में एक्सपेरिमेंट किया जा सकता है। यहां, बायोरिएक्टर रोगी में प्रत्यारोपित होने से पहले कोशिकाओं, ऊतकों और मचानों की सेलुलर और आणविक विशेषताओं में सुधार करने के लिए, इन विट्रो स्तर पर जैविक नमूनों को उत्तेजित करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं ।

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Disclosures

लेखक घोषणा करते हैं कि उनके हितों का कोई टकराव नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक "फोडो नैसिनल डी फिनांसिमिएंटो पैरा ला सिन्सिया" द्वारा प्रदान की गई वित्तीय सहायता का धन्यवाद करते हैं, ला टेक्नोलोगिया, वाई ला इनोवासिओन-फोडो फ्रांसिस्को जोस डी काल्डास-मिन्सियासियस " और यूनीवर्सिड नैसिनल डी कोलंबिया के माध्यम से अनुदान संख्या 80740-290-2020 और वीडियो के संस्करण में उपकरण और तकनीकी सहायता प्रदान करने के लिए वाल्टम टेक-रिसर्च एंड इनोवेशन द्वारा प्राप्त समर्थन।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Electrical stimulator
Operational amplifier Motorola LF-353N ----
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 22 kΩ
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 10 kΩ
Quantity: 3
Resistors ---- ---- 2.6 kΩ
Quantity: 2
Resistors ---- ---- 2.2 kΩ
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 1 kΩ
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 220 Ω
Quantity: 2
Resistors ---- ---- 22 Ω
Quantity: 5
Resistors ---- ---- 10 Ω
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 6.8 Ω
Quantity: 1
Resistors ---- ---- 3.3 Ω
Quantity: 2
Polyester capacitors ---- ---- 1 nF
Quantity: 2
Polyester capacitors ---- ---- 100 nF
Quantity: 1
VHF Band Amplifier Transistor JFET Toshiba 2SK161 ----
Quantity: 1
Power transistor BJT NPN Mospec TIP 31C ----
Quantity: 1
Zener diode Microsemi 1N4148 ----
Quantity: 1
Switch Toogle Switch SPDT - T13 ----
Quantity: 3
Toroidal ferrite core Caracol ---- T*22*14*8
Quantity: 1
Cooper wire Greenshine ---- AWG – 24
Quantity: 1
Relimate header with female housing ADAFRUIT ---- 8 pin connectors
Quantity: 1
Relimate header with female housing ADAFRUIT ---- 2 pin connectors
Quantity: 1
Female plug terminal connector JIALUN ---- 4mm Lantern Plugs (Plug + Socket) 15 A
Quantity: 1
Aluminum Heat Sink AWIND ---- For TIP 31C transistor
Quantity: 1
Led CHANZON ---- 5 mm red
Quantity: 1
Integrated circuit socket connector Te Electronics Co., Ltd. ---- Double row 8-pin DIP
Quantity: 1
3 pin connectors set STAR ---- JST PH 2.0
Quantity: 3
2 pin screw connectors STAR ---- For PCB
Quantity: 1
3 pin screw connectors STAR ---- For PCB
Quantity: 1
Banana connector test lead JIALUN ---- P1041 - 4 mm - 15 A
Quantity: 7
Bullet connectors to banana plug charge lead JIALUN ---- 4 mm male-male/female-female adapters - 15 A
Quantity: 1
Case ---- ---- ABS
Quantity: 1
Electrodes ---- ---- Stainless – steel
Quantity: 2
Electrode support ---- ---- Teflon
Quantity: 2
Printed circuit board Quantity: 1
Magnetic stimulator
Cooper wire Greenshine ---- AWG – 18
Quantity: 1
AC power plugs ---- ---- 120 V AC – 60 Hz
Quantity: 1
Banana female connector test lead JIALUN ---- 1Set Dual Injection - 4 mm – 15 A
Quantity: 2
Banana male connector test lead JIALUN ---- 1Set Dual Injection - 4 mm 15 A
Quantity: 1
Cell culture well plate support ---- ---- PMMA
Quantity: 1
Fuse Bussmann 2A ----
Quantity: 1
Transformer ---- ---- 1A – 6 V AC
Quantity: 1
Tube ---- ---- PVC
Quantity: 1
Variable rheostat MCP BXS150 10 Ω
Quantity: 1
General equipment
Digital dual source  PeakTech DG 1022Z 2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo
Quantity: 1
Digital Oscilloscope Rigol DS1104Z Plus 100 MHz, bandwidth, 4 channels
Quantity: 1
Digital multimeter Fluke F179 Voltage CC – CA (1000 V). Current CC – CA 10 A. Frequency 100 kHz
Quantity: 1

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References

  1. Balint, R., Cassidy, N. J., Cartmell, S. H. Electrical Stimulation: A Novel Tool for Tissue Engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews. 19 (1), 48-57 (2013).
  2. Ercan, B., Webster, T. J. The effect of biphasic electrical stimulation on osteoblast function at anodized nanotubular titanium surfaces. Biomaterials. 31 (13), 3684-3693 (2010).
  3. Brighton, C., Wang, W., Clark, C. The effect of electrical fields on gene and protein expression in human osteoarthritic cartilage explants. The Journal of Bone and Joint Surgery-American. 90 (4), 833-848 (2008).
  4. Baerov, R. M., Morega, A. M., Morega, M. Analysis of magnetotherapy effects for post-traumatic recovery of limb fractures. Revue Roumaine des Sciences Techniques- Série électrotechnique et énergétique. 65 (1-2), 145-150 (2020).
  5. Escobar, J. F., et al. In Vitro Evaluation of the Effect of Stimulation with Magnetic Fields on Chondrocytes. Bioelectromagnetics. 41 (1), 41-51 (2019).
  6. Brighton, C., Wang, W., Clark, C. Up-regulation of matrix in bovine articular cartilage explants by electric fields. Biochemical and Biophysical Research Communications. 342 (2), 556-561 (2006).
  7. Xu, J., Wang, W., Clark, C., Brighton, C. Signal transduction in electrically stimulated articular chondrocytes involves translocation of extracellular calcium through voltage-gated channels. Osteoarthritis and Cartilage. 17 (3), 397-405 (2009).
  8. Xia, Y., et al. Magnetic field and nano-scaffolds with stem cells to enhance bone regeneration. Biomaterials. 183, 151-170 (2018).
  9. Richter, A., Bartoš, M., Ferková, Ž Physical Analysis of Pulse Low-Dynamic Magnetic Field Applied in Physiotherapy BT. World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2018. , 239-245 (2019).
  10. Miyakoshi, J. Effects of static magnetic fields at the cellular level. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 87, 213-223 (2005).
  11. Zhang, K., Guo, J., Ge, Z., Zhang, J. Nanosecond Pulsed Electric Fields (nsPEFs) Regulate Phenotypes of Chondrocytes through Wnt/β-catenin Signaling Pathway. Scientific Reports. 4 (5836), 1-8 (2014).
  12. Brighton, C. T., Unger, A. S., Stambough, J. L. In vitro growth of bovine articular cartilage chondrocytes in various capacitively coupled electrical fields. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 15-22 (1984).
  13. Armstrong, P. F., Brighton, C., Star, A. M. Capacitively coupled electrical stimulation of bovine growth plate chondrocytes grown in pellet form. Journal of Orthopaedic Research. 6 (2), 265-271 (1988).
  14. Brighton, C., Townsend, P. Increased cAMP production after short-term capacitively coupled stimulation in bovine growth plate chondrocytes. Journal of Orthopaedic Research. 6 (4), 552-558 (1988).
  15. Brighton, C. T., Jensen, L., Pollack, S. R., Tolin, B. S., Clark, C. Proliferative and synthetic response of bovine growth plate chondrocytes to various capacitively coupled electrical fields. Journal of Orthopaedic Research. 7 (5), 759-765 (1989).
  16. Brighton, C. T., Okereke, E., Pollack, S. R., Clark, C. In vitro bone-cell response to a capacitively coupled electrical field. The role of field strength, pulse pattern, and duty cycle. Clinical Orthopaedics and Related Research. 285, 255-262 (1992).
  17. Wang, W., Wang, Z., Zhang, G., Clark, C., Brighton, C. T. Up-regulation of chondrocyte matrix genes and products by electric fields. Clinical Orthopaedics and Related Research. 427, 163-173 (2004).
  18. Hartig, M., Joos, U., Wiesmann, H. P. Capacitively coupled electric fields accelerate proliferation of osteoblast-like primary cells and increase bone extracellular matrix formation in vitro. European Biophysics Journal. 29 (7), 499-506 (2000).
  19. Kim, I. S., et al. Biphasic electric current stimulates proliferation and induces VEGF production in osteoblasts. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1763 (9), 907-916 (2006).
  20. Kim, I., et al. Novel Effect of Biphasic Electric Current on In Vitro Osteogenesis and Cytokine Production in Human Mesenchymal Stromal Cells. Tissue Engineering Part A. 15, 2411-2422 (2009).
  21. Kim, I., et al. Novel action of biphasic electric current in vitro osteogenesis of human bone marrow mesenchymal stromal cells coupled with VEGF production. Bone. 43, 43-44 (2008).
  22. Nakasuji, S., Morita, Y., Tanaka, K., Tanaka, T., Nakamachi, E. Effect of pulse electric field stimulation on chondrocytes. Asian Pacific Conference for Materials and Mechanics. 1, Yokohama, Japan. 13-16 (2009).
  23. Au, H. T. H., Cheng, I., Chowdhury, M. F., Radisic, M. Interactive effects of surface topography and pulsatile electrical field stimulation on orientation and elongation of fibroblasts and cardiomyocytes. Biomaterials. 28 (29), 4277-4293 (2007).
  24. Vanessa, N., et al. In vitro exposure of human chondrocytes to pulsed electromagnetic fields. European Journal of Histochemistry. 51 (3), 203-211 (2007).
  25. Pezzetti, F., et al. Effects of pulsed electromagnetic fields on human chondrocytes: An in vitro study. Calcified Tissue International. 65 (5), 396-401 (1999).
  26. De Mattei, M., et al. Effects of electromagnetic fields on proteoglycan metabolism of bovine articular cartilage explants. Connective Tissue Research. 44 (3-4), 154-159 (2003).
  27. Sollazzo, V., Massari, L., Caruso, A., Mattei, M., Pezzetti, F. Effects of Low-Frequency Pulsed Electromagnetic Fields on Human Osteoblast-Like Cells In Wtro. Electromagnetobiology. 15, 75-83 (2009).
  28. Martino, C. F., Perea, H., Hopfner, U., Ferguson, V. L., Wintermantel, E. Effects of weak static magnetic fields on endothelial cells. Bioelectromagnetics. 31 (4), 296-301 (2010).
  29. Wada, K., et al. Design and implementation of multi-frequency magnetic field generator producing sinusoidal current waveform for biological researches. 2016 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'16 ECCE Europe). 2016, 1-8 (2016).
  30. Cho, H., Kim, S., Kim, K. K., Kim, K., Kim, K. Pulsed Electromagnetic Fields Stimulate Cellular Proliferation in Different Types of Cells. IEEE Transactions on Magnetics. 52 (7), 1-4 (2016).
  31. Yan, J., Dong, L., Zhang, B., Qi, N. Effects of extremely low-frequency magnetic field on growth and differentiation of human mesenchymal stem cells. Electromagnetic Biology and Medicine. 29 (4), 165-176 (2010).
  32. Enoch, S., Grey, J. E., Harding, K. G. ABC of wound healing. Non-surgical and drug treatments. BMJ. 332 (7546), 900-903 (2006).
  33. Bhosale, A. M., Richardson, J. B. Articular cartilage: Structure, injuries and review of management. British Medical Bulletin. 87 (1), 77-95 (2008).
  34. Al Hamed, R., Bazarbachi, A. H., Malard, F., Harousseau, J. -L., Mohty, M. Current status of autologous stem cell transplantation for multiple myeloma. Blood Cancer Journal. 9 (4), 44 (2019).
  35. Massari, L., et al. Biophysical stimulation of bone and cartilage: state of the art and future perspectives. International Orthopaedics. 43 (3), 539-551 (2019).
  36. Naskar, S., Kumaran, V., Basu, B. Reprogramming the Stem Cell Behavior by Shear Stress and Electric Field Stimulation: Lab-on-a-Chip Based Biomicrofluidics in Regenerative Medicine. Regenerative Engineering and Translational Medicine. 5 (2), 99-127 (2019).
  37. Hunckler, J., de Mel, A. A current affair: electrotherapy in wound healing. Journal of Multidisciplinary Healthcare. 10, 179-194 (2017).
  38. Henry, S. L., Concannon, M. J., Yee, G. J. The effect of magnetic fields on wound healing: experimental study and review of the literature. Eplasty. 8, 393-399 (2008).
  39. Hiemer, B., et al. Effect of electric stimulation on human chondrocytes and mesenchymal stem cells under normoxia and hypoxia. Molecular Medicine Reports. 18 (2), 2133-2141 (2018).
  40. Chao, P. H., et al. Chondrocyte translocation response to direct current electric fields. Journal of Biomechanical Engineering. 122 (3), 261-267 (2000).
  41. Zhao, M., Bai, H., Wang, E., Forrester, J., McCaig, C. Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelial cells by signaling through VEGF receptors. Journal of Cell Science. 117 (3), 397-405 (2004).
  42. Li, X., Kolega, J. Effects of direct current electric fields on cell migration and actin filament distribution in bovine vascular endothelial cells. Journal of Vascular Research. 39 (5), 391-404 (2002).
  43. Singh, B., Dixit, A. Multistage amplifier and tuned amplifier. Analog Electronics. , Laxmi publications (P) LTD. Boston, MA. 87-131 (2007).
  44. Esfandiari, E., et al. The effect of high frequency electric field on enhancement of chondrogenesis in human adipose-derived stem cells. Iranian Journal Basic Medical Sciences. 4 (3), 571-576 (2014).
  45. Mardani, M., et al. Induction of chondrogenic differentiation of human adipose-derived stem cells by low frequency electric field. Advanced Biomedical Research. 5 (97), 1-7 (2016).
  46. Karaman, O., Gümüşay, M., Demirci, E. A., Kaya, A. Comparative assessment of pulsed electromagnetic fields (PEMF) and pulsed radio frequency energy (PRFE) on an in vitro wound healing model. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 57, 427-437 (2018).
  47. Glinka, M., et al. Test chambers for cell culture in static magnetic field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 331, 208-215 (2013).
  48. Vacek, T. P., et al. Electrical stimulation of cardiomyocytes activates mitochondrial matrix metalloproteinase causing electrical remodeling. Biochemical and Biophysical Research Communications. 404 (3), 762-766 (2011).
  49. Okutsu, S., et al. Electric Pulse Stimulation Induces NMDA Glutamate Receptor mRNA in NIH3T3 Mouse Fibroblasts. The Tohoku Journal of Experimental Medicine. 215 (2), 181-187 (2008).

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Saiz Culma, J. J., Escobar Huertas,… More

Saiz Culma, J. J., Escobar Huertas, J. F., Garzón-Alvarado, D. A., Vaca-Gonzalez, J. J. Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues. J. Vis. Exp. (171), e62111, doi:10.3791/62111 (2021).

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