Name: Biyolojik Dokuların Uyarılması için Elektrikli ve Manyetik Alan Cihazları (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 29 s
Description: Öğrenin, COMSOL Multiphysics kullanarak biyolojik dokular için elektrik ve manyetik alan simülasyonlarını nasıl gerçekleştireceğinizi. Bu yöntem, alan dağılımlarını doğrulamak ve hücre dinamiklerini incelemek için araştırmacılara kapsamlı bir rehber sunar.

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

Yazarlar tarafından sağlanan mali desteğe teşekkür eder "Fondo Nacional de Financiamiento para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación -Fondo Francisco José de Caldas- Minciencias" ve Universidad Nacional de Colombia 80740-290-2020 sayılı hibe ve valteam Tech - Research and Innovation tarafından videonun baskısında ekipman ve teknik destek sağlamak için alınan destek aracılığıyla.

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

İnsan dokularını etkileyen farklı patolojileri iyileştirmek için kullanılan tedaviler farmakolojik tedaviler32 veya cerrahi müdahaleler 33 Ağrıyı lokal olarak hafifletmeye veya etkilenen dokuları eksplant veya nakillerle değiştirmeye çalışan33. Son zamanlarda, otolog hücre tedavisi, hücrelerin hastadan izole edildiği ve in vitro tekniklerle genişletildiği yaralı dokuların tedavi edilmesi için alternatif bir tedavi olarak önerilmiştir34. Otolog hücre ...

EF'lerin ve MF'lerin hücre dinamiklerini değiştirdiği, çoğalmasını teşvik ettiği ve dokuların hücre dışı matrisi ile ilişkili ana moleküllerin sentezini artırdığı gösterilmiştir1. Bu biyofiziksel uyaranlar belirli ayarlar ve cihazlar kullanılarak farklı şekillerde uygulanabilir. EF'ler üretecek cihazlarla ilgili olarak, doğrudan kavrama stimülatörleri, biyolojik örneklerle temas halinde olan veya doğrudan hastaların ve hayvanların dokularına yerleştirilen elektrotları kullanır2; bununla birlikte, temas eden elektrotlar tarafından yetersiz biyouyumbilite, pH ve moleküler oksijen seviyelerinde değişiklikler içeren sınırlamalar ve eksiklikler hala vardır1. Aksine, dolaylı kavrama cihazları, biyolojik örneklere paralel olarak yerleştirilen iki elektrot arasında EF'ler oluşturur3Biyolojik örnekleri uyarmak ve dokular ile elektrotlar arasında doğrudan temastan kaçınmak için invaziv olmayan bir alternatif teknik sağlar. Bu tür bir cihaz, hastaya en az invazyonla işlem yapmak için gelecekteki klinik uygulamalara tahmin edilebilir. MF üreten cihazlarla ilgili olarak, endüktif kavrama stimülatörleri, hücre kültürleri etrafında bulunan bir bobinden akan zaman değişen bir elektrik akımı oluşturur4,5. Son olarak, geçici elektromanyetik alanlar oluşturmak için EF'ler ve statik MF'ler kullanan birleşik cihazlarvardır 1. Biyolojik örnekleri uyarmak için farklı konfigürasyonlar olduğu göz önüne alındığında, biyofiziksel uyaranlar uygulandığında gerginlik ve frekans gibi değişkenleri göz önünde bulundurmak gerekir. Voltaj, biyolojik dokuların davranışını etkilediği için önemli bir değişkendir; örneğin, hücre geçişi, yönelim ve gen ekspresyonunun uygulanan voltaj 3 , 6 , 7,8,9,10genliğine bağlı olduğu gösterilmiştir. Frekans, biyofiziksel stimülasyonda önemli bir rol oynar, çünkü bunların in vivo olarak doğal olarak meydana geldiği kanıtlanmıştır. Yüksek ve düşük frekansların hücreler üzerinde yararlı etkileri olduğu gösterilmiştir; özellikle hücre içi membran gerilim kapılı kalsiyum kanallarında veya endoplazmik retikulumda, hücre içi seviye1, 7 , 11'defarklı sinyal yollarınıtetikler.
Yukarıda belirtilenlere göre, EF üretmek için bir cihaz iki paralel kapasitöre bağlı bir voltaj jeneratörüoluşur 12. Bu cihaz Armstrong ve arkadaşları tarafından hem proliferatif oranı hem de kondrositlerin moleküler sentezini uyarmak için uygulandı13. Bu cihazın bir uyarlaması, üst ve alt kapaklarını delerek hücre kültürü kuyu plakalarını değiştiren Brighton ve ark. Delikler, alt camların biyolojik dokuları kültüre etmek için kullanıldığı kapak kaydırakları ile dolduruldu. EFs14oluşturmak için her kapak kaydırağından elektrotlar yerleştirildi. Bu cihaz, hücre çoğalmasında14, 15 , 16ve moleküler sentez 3,17'debir artış göstererek kondrositleri, osteoblastları ve kıkırdak eksplantlarını elektriksel olarak uyarmak için kullanılmıştır. Hartig ve arkadaşları tarafından tasarlanan cihaz, paralel kapasitörlere bağlı bir dalga jeneratörü ve bir voltaj amplifikatöründen oluşuyordu. Elektrotlar, bir yalıtım kasasında bulunan yüksek kaliteli paslanmaz çeliktan yapılmıştır. Cihaz, çoğalma ve protein salgısında önemli bir artış göstererek osteoblastları uyarmak için kullanıldı18. Kim ve arkadaşları tarafından kullanılan cihaz, yüksek voltajlı metal oksitin tamamlayıcı yarı iletkenlerinin üretim süreci kullanılarak üretilen bifazik akım uyarıcı çipten oluşuyordu. Bir kültür kuyusu, elektriksel stimülasyon ile iletken bir yüzey üzerindeki hücreleri kültüre etmek için tasarlanmıştır. Elektrotlar silikon plakalar üzerinde altınla kaplandı19. Bu cihaz osteoblastları uyarmak için kullanıldı, çoğalma ve vasküler endotel büyüme faktörü19sentezinde bir artış gösterdi ve alkali fosfataz aktivitesi, kalsiyum birikimi ve kemik morfojenik proteinlerin üretimini teşviketti 20. Benzer şekilde, bu cihaz insan kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin vasküler endotel büyüme faktörünün proliferatif oranını ve ekspresyonunun uyarılması için kullanılmıştır21. Nakasuji ve ark. tarafından tasarlanan cihaz platin plakalara bağlı bir gerilim jeneratöründen oluşuyordu. Elektrotlar, 24 farklı noktadaki elektrik potansiyelini ölçmek için üretildi. Bu cihaz, EF'lerin hücre morfolojisini değiştirmediğini ve çoğalma ve moleküler sentezi artırdığını gösteren kondrositleri uyarmak için kullanıldı22. Au ve arkadaşları tarafından kullanılan cihaz, platin telli bir kardiyak uyarıcıya bağlı iki karbon çubukla donatılmış bir cam odadan oluşuyordu. Bu uyarıcı, kardiyomiyositleri ve fibroblastları uyarmak, hücre uzamasını ve fibroblast hizalamasını iyileştirmek için kullanılmıştır23.
Çeşitli biyolojik numune türlerini uyarmak için Helmholtz bobinlerine dayalı farklı MF cihazları üretilmiştir. Örneğin, Helmholtz bobinleri,24 , 25kondrositlerinin çoğalmasını ve moleküler sentezini teşviketmek,eklem kıkırdağı eksplantlarının proteoglikan sentezinigeliştirmek,osteoblast benzeri hücrelerin kemik oluşumu ile ilgili gen yükseltmesini iyileştirmek27ve endotel hücrelerinin çoğalmasını ve moleküler ekspresyonunu artırmak için kullanılmıştır28. Helmholtz bobinleri, biri diğerinin önünde bulunan iki bobin boyunca MF'ler üretir. Bobinler, homojen bir MF sağlamak için bobinlerin yarıçapına eşit bir mesafe ile yerleştirilmelidir. Helmholtz bobinlerini kullanmanın dezavantajı bobin boyutlarında yatmaktadır, çünkü gerekli MF yoğunluğunu oluşturacak kadar büyük olmaları gerekir. Ek olarak, MF'lerin biyolojik dokular etrafında homojen bir dağılımını sağlamak için bobinler arasındaki mesafe yeterli olmalıdır. Helmholtz bobinlerinin neden olduğu sorunları önlemek için, solenoid bobinlerin üretimine farklı çalışmalar odaklanmıştır. Solenoid bobinler, MF üretmek için bakır tel ile yaralanan bir tüpe dayanır. Bakır tel girişleri doğrudan prize veya bobine enerji vermek ve solenoidin merkezinde MF'ler oluşturmak için bir güç kaynağına bağlanabilir. Bobin ne kadar çok dönüşe sahip olursa, MF o kadar büyük bir üretim oluşturur. MF büyüklüğü ayrıca bobine enerji vermek için uygulanan voltaj ve akıma bağlıdır29. Solenoid bobinler HeLa, HEK293 ve MCF730 veya mezenkimal kök hücreler31gibi manyetik olarak farklı hücre türlerini uyarmak için kullanılmıştır.
Farklı yazarlar tarafından kullanılan cihazlar, hem EF'leri hem de MF'leri homojen bir şekilde dağıtmak için yeterli elektrot boyutunu veya bobinin doğru uzunluğunu dikkate almamıştır. Ayrıca, cihazlar belirli biyolojik dokuları uyarmak için kullanımlarını sınırlayan sabit voltajlar ve frekanslar üretir. Bu nedenle, bu protokolde, EF'lerin ve MF'lerin biyolojik numuneler üzerinde homojen dağılımını sağlamak için hem kapasitif sistemleri hem de bobinleri simüle etmek için bir hesaplama simülasyon kılavuzu gerçekleştirilir ve kenar etkisinden kaçınılır. Ek olarak, elektronik devrelerin tasarımının elektrotlar ve bobin arasında voltaj ve frekans oluşturduğu, hücre kültürü kuyu plakalarının ve havanın empedansının neden olduğu sınırlamaların üstesinden gelecek EF'ler ve MF'ler oluşturduğu gösterilmiştir. Bu değişiklikler, herhangi bir biyolojik dokuyu uyarmak için non-invaziv ve adaptif biyoreaktörlerin oluşturulmasına izin verecektir.

<table><tbody><tr><td>< güçlü > Elektrik stimülatörü< / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>İşlemsel amplifikatör</td><td>Motorola</td><td>LF-353N</td> <td>---- Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dirençler</td> <td>----</td> <td>----</td> <td>22 k & Omega; Miktar: 1</td></tr><tr><td>Direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>10 K & Omega; Miktar: 3</td></tr><tr><td>Direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>2.6 K & Omega; Miktar: 2</td></tr><tr><td>Direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>2.2 K & Omega; Miktar: 1</td></tr><tr><td>Direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>1 K & Omega; miktarı: 1</td></tr><tr><td>direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>220 ve omega; miktarı: 2</td></tr><tr><td>direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>22 ve omega; miktarı: 5</td></tr><tr><td>direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>10 ve omega; miktarı: 1</td></tr><tr><td>direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>6.8 ve omega; miktar: 1</td></tr><tr><td>direnç</td><td>----</td><td>----</td><td>3.3 ve omega; Miktar: 2</td></tr><tr><td>Polyester kondansatörler</td><td>----</td><td></td><td>----1 nF Miktar: 2</td></tr><tr><td>Polyester kondansatörler</td><td>--------</td><td></td><td>100 nF Miktar: 1</td></tr><tr><td>VHF Bant Amplifikatör Transistör JFET</td><td>Toshiba</td><td>2SK161</td><td>---- Miktar: 1</td></tr><tr><td>Güç transistörü BJT NPN</td><td>Mospec</td><td>TIP 31C</td><td>---- Miktar: 1</td></tr><tr><td>Zener diyot</td><td>Microsemi</td><td>1N4148</td><td>---- Miktar: 1</td></tr><tr><td>Switch</td><td>Toogle Anahtarı</td><td>SPDT - T13</td><td>---- Miktar: 3</td></tr><tr><td>Toroidal ferrit çekirdek</td><td>Caracol</td><td>----</td><td>T*22*14*8 Miktar: 1</td></tr><tr><td>Cooper tel</td><td>Greenshine</td><td>----</td><td>AWG &ndash; 24 Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dişi gövdeli Relimate başlık</td><td>ADAFRUIT</td><td>----</td><td>8 pinli konnektörler Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dişi gövdeli güvenilir başlık</td><td>ADAFRUIT</td><td></td>----<td>2 pinli konnektörler Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dişi fiş terminal konnektörü</td><td>JIALUN</td><td></td><td>----4mm Fener Fişleri (Fiş + Soket) 15 A Miktar: 1</td></tr><tr><td>Alüminyum Isı Emici</td><td>AWIND</td><td></td>---- <td>TIP 31C transistör için Miktar: 1</td></tr><tr><td>Led</td><td>CHANZON</td><td></td>----<td>5 mm kırmızı Miktar: 1</td></tr><tr><td>Entegre devre soket konnektörü</td><td>Te Electronics Co., Ltd.</td><td>----</td> <td>Çift sıralı 8 pinli DIP Miktar: 1</td></tr><tr><td>3 pinli konnektör seti</td><td>STAR</td><td></td>----<td>JST PH 2.0 Miktar: 3</td></tr><tr><td>adet 2 pinli vidalı konnektör</td><td>STAR</td>----<td></td><td>PCB için Miktar: 1</td></tr><tr><td>adet 3 pinli vidalı konnektör</td><td>STAR</td>----<td></td><td>PCB için Miktar: 1</td></tr><tr><td>Banana konektör test ucu</td><td>JIALUN</td><td></td>----<td>P1041 - 4 mm - 15 A Miktar:</td></tr><tr><td>Muz fişi şarj kablosuna 7 Bullet konektörü</td><td>JIALUN</td><td></td><td>----4 mm erkek-erkek/dişi-dişi adaptörler - 15 A Miktar: 1</td></tr><tr><td>Kutu</td><td>----</td><td>----</td><td>ABS Miktar: 1</td></tr><tr><td>Elektrotlar</td><td>----</td><td>----</td><td>Paslanmaz ve çelik Miktar: 2</td></tr><tr><td>Elektrot desteği</td><td>----</td><td>----</td><td>Teflon Miktar: 2</td></tr><tr><td>Baskılı devre kartı</td><td></td><td></td><td>Miktar: 1</td></tr> <tr><td>< güçlü > Manyetik stimülatör < / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Cooper tel</td><td>Greenshine</td> <td>----</td><td>AWG &ndash; 18 Miktar: 1</td></tr><tr><td>AC fiş</td> <td>----</td><td>----</td><td>120 V AC & ndash; 60 Hz Miktar: 1</td></tr><tr><td>Muz dişi konnektör test ucu</td><td>JIALUN</td><td>----</td><td>1Set Çift Enjeksiyon - 4 mm & ndash; 15 A Miktar: 2</td></tr><tr><td>Muz erkek konnektör test ucu</td><td>JIALUN</td><td></td><td>----1Set Çift Enjeksiyon - 4 mm 15 A Miktar: 1</td></tr><tr><td>Hücre kültürü kuyusu plakası desteği</td><td>----</td> <td>----</td> <td>PMMA Miktar: 1</td></tr><tr><td>Sigorta</td><td>Bussmann 2A</td><td></td> <td>---- Miktar: 1</td></tr><tr><td>Trafo</td><td>----</td><td>----</td><td>1A &ndash; 6 V AC Miktar: 1</td></tr><tr><td>Tüp</td><td>----</td><td></td><td>----PVC Miktar: 1</td></tr><tr><td>Değişken reosta</td><td>MCP</td><td>BXS150</td><td>10 & omega; Miktar: 1</td></tr> <tr><td>< güçlü > Genel ekipman< / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Dijital çift kaynak &nbsp;</td><td>PeakTech</td><td>DG 1022Z</td><td>2 x 0 - 30 V / 0 - 5 A CC / 5 V / 3 A fijo Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dijital Osiloskop</td><td>Rigol</td><td>DS1104Z Plus</td><td>100 MHz, bant genişliği, 4 kanal Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dijital multimetre</td><td>Fluke</td><td>F179</td><td>Voltaj CC &ndash; CA (1000 V). Güncel CC &ndash; CA 10 A. Frekans 100 kHz Miktar: 1</td></tr></tbody></table>

biyolojik dokuların uyarılması için elektrikli ve manyetik alan cihazları

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Elektrik alanları (EF'ler) ve manyetik alanlar (MF'ler) doku mühendisliği tarafından çoğalma, göç, farklılaşma, morfoloji ve moleküler sentez gibi hücre dinamiklerini iyileştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, hücreleri, dokuları veya iskeleleri uyarırken uyaran gücü ve stimülasyon süreleri gibi değişkenlerin göz önünde bulundurulması gerekir. EF'lerin ve MF'lerin hücresel yanıta göre değiştiği göz önüne alındığında, biyolojik örnekleri uyarmak için yeterli biyofiziksel uyaran üreten cihazların nasıl oluşturulanınğı belirsizliğini korumaktadır. Aslında, biyofiziksel uyaranlar uygulandığında hesaplama ve dağılımla ilgili kanıt eksikliği vardır. Bu protokol, EF'ler ve MF'ler üretecek cihazların tasarımı ve üretimine ve biyolojik numunelerin içindeki ve dışındaki biyofiziksel uyaran dağılımını tahmin etmek için bir hesaplama metodolojisinin uygulanmasına odaklanmıştır. EF cihazı, biyolojik kültürlerin üst ve alt kısmında bulunan iki paralel paslanmaz çelik elektrotlardan oluşuyordu. Elektrotlar, 60 kHz'de voltaj (50, 100, 150 ve 200 Vp-p) üretmek için bir osilatörüne bağlandı. MF cihazı, 60 Hz'de bir akım (1 A) ve voltaj (6 V) oluşturmak için bir transformatörle enerjilendirilmiş bir bobinden oluşuyordu. Bobinin ortasındaki biyolojik kültürleri bulmak için bir polimetil methakrilat desteği inşa edildi. Hesaplamalı simülasyon, EF'lerin ve MF'lerin biyolojik dokuların içinde ve dışında homojen dağılımını aydınlattı. Bu hesaplamalı model, hücresel bir yanıt elde etmek için EF'leri ve MF'leri tahmin etmek için voltajlar, frekanslar, doku morfolojileri, kuyu plaka tipleri, elektrotlar ve bobin boyutu gibi parametreleri değiştirebilen umut verici bir araçtır.

Hesaplamalı simülasyon EF ve MF dağıtımları Şekil 3'tegösterilmiştir. Bir yandan, EF'lerin kapasitif sistemde homojen dağılımını gözlemlemek mümkündü (Şekil 3A). EF, biyolojik numunenin içindeki alanın büyüklüğünü ayrıntılı olarak gözlemlemek için çizilmiştir (Şekil 3B). Bu simülasyon, elektrotların boyutunu parametrize etmek ve kenar etkisini önlemek için üretmek için yararlıydı. Öte yandan, solenoid bobin taraf...

Bu protokol, biyolojik dokuları uyarmak için kullanılan hem elektriksel hem de manyetik uyarıcılar oluşturmak için adım adım süreci açıklar. Protokol, hesaplamalı olarak elektrik ve manyetik alanları simüle etmek ve uyarıcı cihazların üretimini simüle etmek için bir kılavuz içerir.

Biyolojik Dokuların Uyarılması için Elektrikli ve Manyetik Alan Cihazları

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

Biyofiziksel uyaran, farklı dokulardaki hücre ve moleküler dinamikleri uyarmak için kullanılmıştır. Bazı çalışmalar elektrik ve manyetik alanların kondrositler, osteoblastlar ve fibroblastlar, doku implantları ve iskeleler gibi farklı hücre türlerindeki etkisini değerlendirmektedir. Biyolojik dokuları uyarmak için özel özellikler altında farklı uyarıcı cihazlar geliştirilmiş olsa da, çok çeşitli biyolojik örnekleri uyarmak için voltaj ve frekansın değişebileceği elektrikli ve manyetik cihazların onaylanması gerekir.Elektrik alan dağılımını doğrulamak için hesaplama simülasyonı COMSOL Multiphysics'te gerçekleştirildi. Burada, iki paralel elektrot tarafından oluşturulan kapasitif sistemi simüle etmek için eksenetrik bir konfigürasyon kullanıldı, hava, kültür kuyu plakası, kültür medyası ve biyolojik örnek, bu durumda bir iskele ile temsil edildi. Her elemanın malzeme özellikleri elektrik iletkenliği ve göreceli izinlilikti.Uygulanan voltaj 100 volt olarak ayarlanırken, frekans 60 kilohertz sinüs Wien olarak ayarlandı. Tüm parametreler tanıtıldıktan sonra, model tüm yüzeylerdeki elektrik alanı dağılımını gözlemlemek için hesaplanır. Elektrik alanı dağılımını daha ayrıntılı bir şekilde gözlemlemek için, elektrik alanını tam sisteme, iskeleye, kültür ortamına, havaya ve kültürel kuyu plakasına ve elektrotların dışına takmak mümkündür.Devre elektrik alanlarını üretecek, köprü wien osilatöre dayanıyor. Bu, hem olumlu hem de olumsuz geri bildirim kullanan bir RCnonthian yüz çipi dizisidir. Köprü wien osilatör, giriş voltajı seri olarak R5 ve C2 kombinasyonu ve paralel olarak R6 ve C3 kombinasyonu ile bölünen reaktif bir voltaj olan bir aydınlatmalı laboratuvar ağı tarafından oluşur.Frekansı hesaplamak için, F Sub-Zero'nun R6'ya eşit R5 frekansı olduğu bir rezonans frekans denklemi kullanıyoruz dirençler ve C2 ve C3'e eşit C kapasitörler. Bu devre, genlikte artan çıkış ve genlikte çıkış voltajı azaldığında bölünen direnç geriliminin azalması için tasarlanmıştır. Böylece, amplifikatörün voltaj kazancı, çıkış sinyalinin genlik değişimlerine otomatik olarak başlar.Daha sonra dört üst gerilimi oluşturmak için dirençlerin bir kombinasyonu hesaplandı. Son olarak, transformatör ile sinyali yükseltmek için daha önce bir sinyal düzeltme aşaması uygulandı. Devre simüle edildikten sonra, boyalı devre kartı, osilatörün ürettiği son sinüzoidal sinyalin arsa olması sonucu üretildi.Devre simüle edildikten sonra bir sonraki adım, wien köprüsü osilatörü burada bir ekmek tahtasında inşa etmektir, dört çıkış voltajını ve devreyi oluşturan frekansı test edebiliriz. Daha sonra Baskılı bir devre kartında Reed Curtis formatı için yaptığımız osilatörü ve osilatörün ürettiği voltajlar için kullandığımız dirençleri üretiyoruz. Ve son olarak devre göstergeleri için son montajı burada yapıyoruz.Elektrik stimülatör cihazını test edişin ilk adımı, bunu yapmak için güç kaynağının çıkış voltajını doğrulamaktır, güç kaynağını paralel olarak ayarlıyoruz ve zemin ile pozitif ve negatif terminaller arasındaki 12 ve 12 voltluk çıkış voltajını ölçüyoruz. Çıkış voltajı doğrulandıktan sonra, elektrik stimülatör cihazının akım girişine güç kaynağının her çıkışını bağlamaya devam edebiliriz. Beyaz kablo zemindir.Siyah kablo negatif voltajdır. Ve kırmızı kablo pozitif voltajdır. Elektrik stimülatör cihazını üreten çıkış sinyalini test etmek için elektrotların ortasında bir kültür kuyu plakası bularız.Daha sonra, elektrik stimülatör cihazının ürettiği çıkış gerilimlerini her paralel plakaya bağlıyoruz. Alternatif akımda çalıştığımız göz önüne alındığında, osilatörün çıkış voltajını paralel plakanın terminallerine bağlamanın katı bir sırası yoktur. Çıkış sinyalini doğrulamak için her elektroda doğrudan bağlı olan bir Osiloskop kullanıyoruz.C 9 Osiloskop tarafından yakalandığında, sinyalin genliğini ve süresini dalgayı tamamen gözlemlemek için değiştirdik. Bu adımda, elektrikli stimülatör cihazı tarafından üretilen dört voltajı doğrulamak mümkündür. 60 kilo Hertz'de 50 volt, 100 volt, 150 volt ve 200 volt, sinüs rüzgar forumu.Elektrik alanlarına benzer şekilde, manyetik alan dağılımını doğrulamak için bir hesaplama simülasyonı uygulandı. Cooper teli ve hava tarafından oluşturulan bobini simüle etmek için eksenemetrik bir konfigürasyon kullanıldı. Burada farklı malzeme özellikleri göz önünde bulunduruldu ve uygulanan frekans 60 Hertz olarak belirlendi.Tüm parametreler tanıtıldıktan sonra, model manyetik alan dağılımını gözlemlemek için hesaplandı. Son olarak, manyetik alanın bobinin ortasına homojen bir şekilde nasıl dağıtıldığını gözlemlemek için bir diyagram gerçekleştirildi. Ampere Yasası'ndan türetilen solenoid alan denklemi, Cooper telinin dönüş sayısının vakum N' olduğu manyetik alanı hesaplamak için kullanıldı.Ben akımdır ve çapına göre derecelendirilecek olan bobinin uzunluğudur. Bu parametrelerin değerleri, iki milimetrelik bir manyetik alanı tahmin etmek için seçildi. Manyetik alanları oluşturan devre hesaplamalı olarak simüle edildi.Burada transformatör doğrudan prize bağlanır. Akımı gövdek ve 1 milimetre uzunluğunda manyetik alanlar oluşturmak için değişken bir direnç kullanıldı. Devreyi korumak için bir sigorta bağlandı.Hesaplamalar yapıldıktan sonra polimetil methakrilat desteği ve bobin üretildi Simülasyon yapıldıktan sonra Petri kaplarının stimülasyon cihazının ortasında bulunmasını sağlamak için özel bir cihaz ürettik. Bundan sonra, bobinin ortasında homojen bir manyetik alan sağlamak için kültürün ortasında yer alacak bir PVC tüpte 450 dönüşlü tel cooper ile bir madeni para üretiyoruz. Bundan sonra, devreye enerji vermek için altı Volt ve bir Amper çıkışlı bir transformatör üretiyoruz.Manyetik simülatör cihazını test etmek için bobinin ürettiği akımı ölçtük. Bu önlem, seri olarak multimetre bobin ile bağlanarak gerçekleştirilir. Akımın yaklaşık bir Amper olduğunu doğruladıktan sonra transformatör devreyi kapatmak için bobine bağlanır.Bundan sonra, osiloskop, manyetik stimülasyon tarafından oluşturulan 60 Hertz'deki sinüs sinyalini doğrulamak için bobinin çıkışlarına bağlanır. Hücre kültürleri elektriksel olarak uyarılırken, biyolojik örneklere kültür medyası değişiklikleri yapılırken steril koşulları korumak önemlidir, bu nedenle seçmenleri kabine sokmak gerekir. Kültür medyası değiştikten sonra kültür kuyu plakası elektronun üzerinde bulunur.Hücre kültürlerini inkübatöre geri döndürmek için alt elektrot, üst elektrot hücre kültürünün üstüne yerleştirmek için kararlı bir yüzeyin üzerinde bulunur. Daha sonra, elektrik simülatörü cihazının çıkış kabloları her elektrotunun terminüsüne bağlanır. Son olarak, seçmenler elektriksel stimülasyonu başlatmak için inkübatöre dikkatlice yerleştirilmiştir.Kültürel medya manyetik olarak uyarılan biyolojik örneklere değiştirildiğinde benzer steril koşullar göz önünde bulundurulmaktadır. Burada, 35 milimetrelik Petri yemekleri hücreleri, eksplantları veya iskeleleri kültüre etmek için kullanılır. Kültür ortamı değiştirildikten sonra, hücre kültürlerinin polimetillmethacrylate desteğine yer edilmesi gerekir.Burada her Petri kabı birbiri üzerinde yer almaktadır. Bundan sonra, bobin hücre kültürlerini kapsayacak şekilde desteğin üzerinde dikkatlice bulunur. Son olarak, manyetik stimülasyona başlamak için manyetik stimülatör cihazı inkübatöre yerleştirilmiştir.Gördüğünüz gibi, elektrikli stimülatör cihazı kondrositleri ve osteoblastları uyarmak için test edilmiştir. Burada çoğalma ve moleküler sentezi değerlendirdik. Elektrikli stimülatör ayrıca kondroepifizit uyarmak için test edilmiştir, büyüme plakasındaki morfolojik değişiklikleri değerlendirmek için eksplantlar.Ek olarak, kültür, mezenkimal STEM hücreleri üronik asit ve jelatin hidrojeller kondrojenik farklılaşma potansiyelini değerlendirmek için elektriksel olarak uyarılmıştır. Öte yandan, manyetik stimülatör cihazları, hem çoğalma hem de moleküler sentezi değerlendirmek için kondrositleri uyarmak için test edilmiştir. Geliştirdiğimiz cihazlar, bu çalışmada uyumluluk sorunlarını önler, biyolojik malzemeyle doğrudan temas halinde olduklarında elektrotlar tarafından sayılır.Ayrıca, bu tür cihazlar pH'daki değişiklikleri ve moleküler kültür jel seviyelerinin azaltılmasını önlediği için bir avantajı temsil eder. Gerilim ve frekanslar biyolojik dokuların uyarılması anında dikkate alınması gereken önemli değişkenlerdir. Bir yandan göç, çoğalma, gen ekspresyözü gibi hücre dinamiklerinin uygulanan voltajın yeteneğine bağlı olduğu kanıt olmuştur.Öte yandan, özellikle hücre zarı kanallarının açılıp kapanmasında düşük ve yüksek frekansların hücreler üzerinde etkili olduğu, bunun da hücre içi ve hücre içi seviyelerde farklı sinyal yollarını tetiklediği kanıtlanmıştır. Genel olarak, bu benzer cihaz hücresel alternatif implantasyon gibi rejeneratif tedavileri iyileştirmek için klinik ortamlara tahmin edilebilir. Bu tür bir tedavi doku yenilenmesi için in vitro ve in vivo teknikleri birleştirir.Burada, elektrik ve manyetik uyarıcılar, hastaya implante edilmeden önce hücrelerin, dokuların ve iskelelerin hücresel ve moleküler özelliklerini geliştirerek biyolojik malzemelerin uyarılmasında önemli bir rol oynayabilir.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Transkraniyal manyetik uyarımın (TMU), insan sinir sistemi fizyolojisi ve fonksiyon anlamak için bir non-invaziv bir araçtır. Burada, biz, üst bacak ve bel kas kortikal eksitabilite çalışma TMS teknikleri mevcut.

İnsan Nöromusküler Sistem Eğitim Transkraniyal Manyetik Uyarım kullanımı

Kaynak: Curado, M. ve diğerleri, İnsan Motor Fonksiyonunun Modülasyonu için İnvaziv Olmayan Elektriksel Beyin Stimülasyon Montajları. J. Vis. Uzm. (2016)Bu video, insan motor fonksiyonunu modüle etmek için transkraniyal doğru akım stimülasyonunun (tDCS) kurulumunu ve mekanizmasını göstermektedir. Anodu birincil motor korteks üzerine ve katodu kontralateral supraorbital alan üzerine yerleştirerek, hedeflenen elektriksel stimülasyon kortikal uyarılabilirliği arttırır, motor nöron aktivitesini...

İnsan Motor Nöron Aktivitesini Modüle Etmek için İnvaziv Olmayan Elektriksel Beyin Stimülasyonu

Bu videoda, zamanla değişen bir manyetik alan kullanılarak, bir lamel üzerinde desenli dairesel bir halka içinde büyütülen nöronal kültürlerin uyarılması için bir yöntem gösterilmektedir.

Desenli Nöronal Kültürlerin Manyetik Alan ile Uyarılması

Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) konuşma algı söyleyiş motor korteksin rolünü araştıran yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Bu makale, motor dudak kasları potansiyeller (MEP) uyarılmış ve nasıl tekrarlayan TMS kullanarak motorlu dudak temsilini bozmak için kayıt anlatılmaktadır.

Transkranial Manyetik Stimülasyon ile Dudak Motor Cortex Uyarıcı

Non-invaziv elektrik beyin stimülasyonu hem araştırma ve klinik amaçlar için kortikal fonksiyonu ve davranışı, modüle edebilir. Bu protokol, insan motor sistemi modülasyonu için farklı beyin stimülasyonu yaklaşımlarını açıklar.

İnsan Motor Fonksiyon Modülasyon Non-İnvaziv Elektrik beyin stimülasyonu Montajları

Nöronal kültürler tek nöronlar üzerindeki etkisi veya nöronların nüfusu yoluyla ortaya çıkan beyin stimülasyonu teknikleri incelemek için iyi bir modeldir. Banyo elektrotlar doğrudan üretilen ya da zaman içinde değişen bir manyetik alan tarafından indüklenen bir elektrik alanı ile desenli nöronal kültürler uyarılması için farklı yöntemler burada sunulmuştur.

Bir ve İki Boyutlu Kültürlerde Elektrik ve Manyetik Alanlar Kullanan Nöronların Harici Uyarımı

Burada elektrik ve mekanik uyaranlara kardiyak Fizyoloji taklit kullanan bir hücre kesimin eğitim için bir iletişim kuralı mevcut. Bu elektromekanik stimülasyon işlem görmüş hücreleri cardiomyogenic potansiyelini artırır ve daha fazla hücre tedavisi, hastalık modelleme ve uyuşturucu taraması için umut verici bir stratejidir.

Hücrelerin Cardiomyogenic potansiyeli geliştirmek için aynı anda elektrik ve mekanik stimülasyon

Burada çeşitli elektriksel stimülasyon ve Osteojenik farklılaşma geliştirmek için mezenkimal kök hücre tedavisinde kullanımı yapan hücreleri göstermek için tasarlanmış bir hücre kültürü odası yapımı için bir iletişim kuralı mevcut.

İnşaat ve in Vitro mezenkimal kök/Stromal hücrelerdeki Osteojenik farklılaşma güçlendirmeye yönelik bir elektriksel stimülasyon odası kullanımı

Bu makalede, transkraniyal manyetik stimülasyon ile işlevsel olarak spesifik nöral yolları ölçmek ve güçlendirmek için yeni yaklaşımlar açıklanmaktadır. Bu gelişmiş noninvaziv beyin stimülasyon metodolojileri beyin-davranış ilişkilerinin anlaşılması ve beyin bozukluklarının tedavisinde yeni tedavilerin geliştirilmesi için yeni fırsatlar sağlayabilir.

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon ile İnsan Motor Sisteminde İşlevsel Olarak Spesifik Nöral Yolların Ölçülmesi ve Manipüle Edilmesi

Bu çalışmada, sadece mikroakışkan bir sistemde doğrudan akım (DC) darbe stimülasyonu ile indüklenen nöral kök ve progenitör hücrelerin (NPC' ler) farklılaşması için bir protokol sunuyoruz.

Mikroakışkan Cihazlarda Elektrik Alan Kaynaklı SinirSel Öncül Farklılaşma

Bu makale, bir elektrik alanına (EF) maruz kalan lifli iletken malzemelerin sonlu eleman modellerini oluşturmak için bir strateji sunmaktadır. Modeller, bu tür malzemelerde tohumlanan hücrelerin aldığı elektrik girişini tahmin etmek ve iskelenin kurucu malzeme özelliklerini, yapısını veya yönünü değiştirmenin etkisini değerlendirmek için kullanılabilir.

Hücresel Elektrik Mikroçevriminin Sonlu Eleman Modellemesi

Öğrenin, COMSOL Multiphysics kullanarak biyolojik dokular için elektrik ve manyetik alan simülasyonlarını nasıl gerçekleştireceğinizi. Bu yöntem, alan dağılımlarını doğrulamak ve hücre dinamiklerini incelemek için araştırmacılara kapsamlı bir rehber sunar.

Biyolojik Dokuların Uyarılması için Elektrikli ve Manyetik Alan Cihazları

Daha fazla video keşfet