生体組織の刺激のための電界・磁場装置

生物物理学的刺激は、異なる組織における細胞および分子動力学を刺激するために使用されてきた。軟骨細胞、骨芽細胞、線維芽細胞、組織インプラント、足場などの異なる種類の細胞における電界および磁場の影響を評価する研究があります。生体組織を刺激する特定の特徴の下で異なる刺激装置が開発されているが、広範囲の生体試料を刺激するために電圧や周波数を変化させることができる電気・磁気デバイスを確認する必要がある。

電気場分布を検証する計算シミュレーションをCOMSOL多物理で行った。ここでは、2つの並列電極によって構成される容量性システムをシミュレートするために軸方向構成を使用し、空気、当社の培養井戸板、培養媒体、および生物学的試料は、この場合、足場で表されてきた。各要素の材料特性は、電気伝導度と相対誘電率であった。

印加された電圧は100ボルトに設定され、周波数は60キロヘルツの新しいウィーンに設定されました。すべてのパラメータが導入された後、モデルはすべてのサーフェスの電界分布を観察するために計算されます。より詳細な方法で電界分布を観察するために、完全なシステム、足場内、培養媒体、空気中、および文化的な井戸プレート内および電極の外に電界を差し込むことが可能である。

回路は、電界を生成し、ブリッジwien発振器に基づいています。これは正と負のフィードバックの両方を使用する顔のチップのRCnonthian配列です。ブリッジ・ウィーン・オシレーターは、R5とC2の組み合わせで入力電圧を直列に分割し、R6とC3の組み合わせで並列に分割された反応電圧である点灯したラボネットワークによって構成されます。

周波数を計算するために、共振周波数方程式を使用して、FサブゼロはR5とR5に等しい周波数Rは抵抗値、C3はコンデンサと等しいCです。この回路は、出力電圧が振幅が低下すると、振幅が大きくなり、抵抗電圧が割った出力が減少すると、分割された抵抗電圧が増加するように設計されています。これにより、アンプの電圧ゲインは出力信号の振幅変化を自動的に開始する。

次に、抵抗の組合せを計算し、4つの上電圧を生成した。最後に、信号整流段階を実装して、トランスで信号を増幅しました。回路がシミュレートされると、その結果、発振器によって生成された最終的な線盤信号がプロットとして塗装された回路基板が製造されました。

回路がシミュレートされたら、次のステップは、ここでブレッドボードにウィーンブリッジ発振器を構築することです, 我々は、回路を生成している4つの出力電圧と周波数をテストすることができます.その後、私たちはリードカーティス形式と私たちはオシレータが生成する電圧のために使用する抵抗器のために行った発振器をプリント基板で製造します。そして最後に、我々はここに回路インジケータのための最終的なアセンブリを持っています。

電気刺激装置をテストする最初のステップは、これを行うために電源の出力電圧を確認し、我々は並列電源を調整し、地面と正と負の端子との間の12と12ボルトの出力電圧を測定することです。出力電圧が確認されると、電気刺激装置の電流入力に電源の各出力を接続することができます。白いケーブルは地面です。

黒いケーブルは負の電圧です。そして、赤いケーブルは正の電圧です。電気刺激装置を発生している出力信号を試験するために、電極の中央に培養井戸板を配置する。

その後、電気刺激装置によって発生する出力電圧を各並列プレートに接続します。交互電流で作業していることを考えると、オシレータの出力電圧をパラレルプレートの端子に接続する厳密な順序はありません。出力信号を確認するために、各電極に直接接続されているオシロスコープを使用します。

Cナインがオシロスコープによって捕獲されると、我々は波を完全に観察するために信号の振幅と周期を変更した。この工程では、電気刺激装置によって発生する4つの電圧を検証することができる。60キロヘルツ、新しい風のフォーラムで50ボルト、100ボルト、150ボルトと200ボルト。

電界と同様に、磁場分布を検証するための計算シミュレーションを実施した。軸対称構成は、クーパーワイヤと空気によって構成されるコイルをシミュレートするために使用されました。ここでは、異なる材料特性が考慮され、適用される周波数は60ヘルツに設定されました。

全てのパラメータを導入した後、磁場分布を観測するモデルを計算した。最後に、コイルの中心に磁場がどのように均一に分布しているかを観察する図を作成した。アンペアの法則に由来する電磁界方程式は、真空N'の磁気透過性がクーパー線の回転数である磁場を計算するために使用された。

I'は、その直径で等級化されなければならない電流とh'は、コイルの長さである。これらのパラメータの値は、2ミリメートルの磁場を推定するために選択されました。磁場を発生させる回路を計算的にシミュレートした。

ここで、変圧器は出口に直接接続される。可変抵抗器を使用して電流を流し、長さ1ミリメートルの磁場を生成しました。ヒューズが接続されて回路が保護されました。

計算が行われたら、ポリメチルメタクリレート支持体とコイルを構築した後、シミュレーションを行った後、我々はペトリ皿が刺激装置の真ん中に位置することを確実にするために特別な装置を製造した。その後、我々は、コイルの真ん中に均質な磁場を確保するために、培養の途中に配置されるPVCチューブに450ターンのワイヤクーパーを持つコインを製造します。その後、6ボルトの出力と1つのアンペアを備えた変圧器を製造し、回路を通電します。

磁気シミュレータ装置をテストするために、コイルが発生している電流を測定した。この測定は、マルチメータをコイルと連動させることで実行されます。電流が約1アンペアであることを確認すると、変圧器はコイルに接続されて回路が閉じます。

その後、オシロスコープは、磁気刺激によって生成される60ヘルツで正接信号を検証するためにコイルの出力に接続される。細胞培養が電気的に刺激されているとき、培養培地の変化が生物学的サンプルに対して行われるときに不妊状態を維持することが関連する。そのため、選帝者を機内に導入する必要がある。培養液が変化すると、培養井戸板は電極の上方に位置する。

細胞培養物をインキュベーターに戻すために、下側電極は安定した表面上に位置し、上側電極を細胞培養の上部に配置する。そして、電気的シミュレータ装置の出力ケーブルは、各電極の末流部に接続されている。最後に、電化製品は、電気刺激を開始するために、インキュベーターに慎重に配置されます。

同様の無菌条件は、文化媒体が磁気刺激されている生物学的サンプルに変更されたときに考慮される。ここでは、35ミリメートルのペトリ皿は、細胞、外植、または足場のいずれかを培養するために使用されます。培養培地が変更されると、細胞培養物をポリメチルメタクリレート支持体に配置する必要があります。

ここでは、各ペトリ皿が一方の上に位置しています。その後、コイルは細胞培養をカバーするために支持の上に注意深く配置される。最後に、磁気刺激装置は、磁気刺激を開始するためにインキュベーターに配置される。

ご覧のとおり、電気刺激装置は軟骨細胞および骨芽細胞を刺激するためにテストされている。ここでは、増殖と分子合成を評価した。電気刺激器はまた、軟骨形成炎を刺激するために試験されている、成長板の形態変化を評価するために外植。

さらに、培養、間葉系幹細胞からウロン酸およびゼラチンヒドロゲルへの間葉系幹細胞は、コンドロゲン分化電位を評価するために電気的に刺激されている。一方、それらの磁気刺激装置は、増殖と分子合成の両方を評価するために軟骨細胞を刺激するために試験されている。我々が開発したデバイスは、この研究では、生体材料と直接接触しているときに電極によって数えられる互換性の問題を避ける。

さらに、これらの種類のデバイスは、pHの変化や分子培養ゲルレベルの低下を防ぐための利点を表しています。電圧と周波数は、生体組織を刺激する瞬間に考慮すべき重要な変数です。一方で、移動、増殖、遺伝子発現などの細胞動力学が、印加電圧の適性に依存しているという証拠がある。

一方、低い周波数と高い周波数は、細胞膜チャネルの開閉において特に細胞に影響を及ぼし、細胞外および細胞内レベルで異なるシグナル経路を引き起こすことが証明されています。全体的に、この同様の装置は、細胞代替移植のような回生療法を改善するために臨床環境に外挿することができる。このタイプの治療は、組織再生のためのインビトロおよびインビボ技術を組み合わせた。

ここでは、電気および磁気刺激装置は、患者に移植される前に細胞、組織および足場の細胞および分子特徴を改善することによって、生物学的材料の刺激において重要な役割を果たすことができる。