RU203947U1 - DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION - Google Patents
DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU203947U1 RU203947U1 RU2020143048U RU2020143048U RU203947U1 RU 203947 U1 RU203947 U1 RU 203947U1 RU 2020143048 U RU2020143048 U RU 2020143048U RU 2020143048 U RU2020143048 U RU 2020143048U RU 203947 U1 RU203947 U1 RU 203947U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- holes
- lid
- cells
- culture plate
- Prior art date
Links
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title abstract description 23
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 title description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 claims abstract description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000034918 positive regulation of cell growth Effects 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 24
- 238000003491 array Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 5
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 230000036755 cellular response Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 210000001608 connective tissue cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012894 fetal calf serum Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000007762 localization of cell Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910000811 surgical stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области медицины, цитологии, биофизики и касается современного метода регуляции адгезии, дифференцировки, пролиферации и апоптоза клеток посредством воздействия на них электрическим сигналом. Устройство состоит из культурального планшета с крышкой, в которой имеется по два отверстия на лунку для подведения к электропроводящему основанию электродов, к наружной стороне крышки прикрепляется печатная плата с отверстиями, расположение которых соответствует отверстиям в крышке, для соединения соответствующих электродов в разных лунках, подачи на них напряжения и закрепления электродов. Устройство отличается конфигурацией электродов, имеющих петлеобразную форму, горизонтальная часть которой образует плотный пружинистый контакт с электропроводящим основанием, размещаемым на дне культурального планшета, за счет наличия угловой и вертикальной частей, и отсутствием подвижных элементов вне культурального планшета. Угловая и вертикальная части электродов покрываются изолирующим нетоксичным диэлектрическим материалом. Предлагаемые решения предназначены для увеличения площади контакта между электродами и электропроводящим основанием, повышения надежности контакта, уменьшения контактного сопротивления, увеличения области стимуляции, повышения однородности электрического поля, упрощения конструкции устройства, снижения токсического воздействия на клетки со стороны устройства.
Description
Полезная модель относится к области медицины, цитологии, биофизики и касается современного метода регуляции адгезии, дифференцировки, пролиферации и апоптоза клеток посредством воздействия на них электрическим сигналом. Устройство предназначено для электрической стимуляции клеток с целью регуляции клеточной адгезии и пролиферации за счет восприимчивости клеток к электрическим сигналам. Устройство найдет применение в области тканевой инженерии с целью повышения функциональности биосовместимых матриксов и ускорения образования полноценной живой ткани из адгезированных на биосовместимом матриксе клеток, а также в исследованиях, посвященных изучению ответных реакций клеток на электрическое поле.The useful model relates to the field of medicine, cytology, biophysics and concerns a modern method for regulating adhesion, differentiation, proliferation and apoptosis of cells by acting on them with an electrical signal. The device is designed for electrical stimulation of cells in order to regulate cell adhesion and proliferation due to the cell's susceptibility to electrical signals. The device will find application in the field of tissue engineering in order to increase the functionality of biocompatible matrices and accelerate the formation of full-fledged living tissue from cells adhered to a biocompatible matrix, as well as in studies devoted to the study of cell responses to an electric field.
Известно устройство для стимуляции нейрональных возбудимых клеток, представленное в патенте РФ 2621841 С1 [1]. Устройство для стимуляции предполагает размещение клеток на чаше микроэлектродной матрицы, которая представляет собой массив металлических микроэлектродов. Микроэлектроды сформированы на подложке, имеющей контактные площадки по периметру, которые соединены с микроэлектродами за счет токопроводящих дорожек. Принципиальным отличием является то, что микроэлектродную матрицу предварительно размещают в коннекторе, расположенном в СО2 инкубаторе. В коннекторе над микроэлектродной матрицей устанавливают плату таким образом, чтобы чаша с культурой клеток выступала сквозь отверстие платы, и контакты платы были расположены соосно контактным площадкам матрицы с возможностью взаимодействия с ними.Known device for stimulating excitable neuronal cells, presented in the patent of the Russian Federation 2621841 C1 [1]. The device for stimulation involves placing cells on a bowl of a microelectrode matrix, which is an array of metal microelectrodes. The microelectrodes are formed on a substrate having contact pads along the perimeter, which are connected to the microelectrodes by means of conductive tracks. The fundamental difference is that the microelectrode array is preliminarily placed in a connector located in a CO 2 incubator. A board is installed in the connector above the microelectrode matrix in such a way that the bowl with the cell culture protrudes through the opening of the board, and the board contacts are located coaxially with the contact pads of the matrix with the possibility of interacting with them.
Недостатком данного устройства является размещение стимулятора вне камеры СO2 инкубатора и соединение коннектора и микроэлектродной матрицы со стимулятором посредством проводных соединений, что предполагает нарушение постоянства температуры и влажности в камере СO2 инкубатора в силу невозможности герметичного закрытия СO2 инкубатора. Данный фактор может оказывать существенное влияние на поведение клеток при проведении долгосрочных исследований по стимуляции, поэтому компактность устройства и, как следствие, возможность размещения устройства полностью в СO2 инкубаторе является актуальной задачей при разработке устройств для электрической стимуляции клеток in vitro.The disadvantage of this device is the placement of a CO 2 incubator stimulator outside the chamber and the connection connector and a matrix with microelectrode stimulator via wired connections, which involves a violation constant temperature and humidity chamber CO 2 incubator because of the impossibility sealing the CO 2 incubator. This factor can have a significant effect on the behavior of cells during long-term stimulation studies; therefore, the compactness of the device and, as a consequence, the possibility of placing the device completely in a CO 2 incubator is an urgent task in the development of devices for electrical stimulation of cells in vitro.
Близким по технической сущности является устройство для электрической стимуляции клеток фибробластов на слоях из полипиррола (Guixin S., Mahmoud R., Shiyun M., Zhang Z. Electrical stimulation enhances viability of human cutaneous fibroblasts on conductive biodegradable substrates // Biomedical Materials Research. - 2007. - Vol. 84. - N. 4. - P. 1027-1036.) [2]. Для проведения электрической стимуляции были изготовлены восьмилуночные планшеты из полиметилметакрилата, площадь основания каждой лунки которого имела размеры 2,6×2,0 см2. В лунке размещалось по два платиновых электрода толщиной 0,1 мм, направленных параллельно стенкам лунок и перпендикулярно основанию. Для изоляции электродов от культуральной среды и их фиксации были изготовлены полиметилметакрилатовые блоки соответствующих размеров, которые размещались попарно в лунках планшета и закрывали основную часть электродов.Close in technical essence is a device for electrical stimulation of fibroblast cells on layers of polypyrrole (Guixin S., Mahmoud R., Shiyun M., Zhang Z. Electrical stimulation enhances viability of human cutaneous fibroblasts on conductive biodegradable substrates // Biomedical Materials Research. - 2007. - Vol. 84. - N. 4. - P. 1027-1036.) [2]. For electrical stimulation, eight-well plates were made of polymethyl methacrylate, the base area of each well of which was 2.6 × 2.0 cm 2 . The hole contained two platinum electrodes 0.1 mm thick, directed parallel to the walls of the holes and perpendicular to the base. To isolate the electrodes from the culture medium and fix them, polymethyl methacrylate blocks of appropriate sizes were made, which were placed in pairs in the plate wells and covered the main part of the electrodes.
Недостатком данного устройства является необходимость в закреплении и фиксировании полиметилметакрилатовых блоков внутри лунок планшета, что усложняет техническую реализацию устройства, особенно при необходимости проведения регулярных экспериментов с применением данного устройства. Также изготовление нестандартных восьмилуночных планшетов с лунками прямоугольной формы ограничивает универсальность устройства в случае использования данного технического решения для стандартных 6-луночных или 12-луночных культуральных планшетов.The disadvantage of this device is the need for fixing and fixing polymethyl methacrylate blocks inside the wells of the plate, which complicates the technical implementation of the device, especially if it is necessary to conduct regular experiments using this device. Also, the manufacture of non-standard eight-well plates with rectangular wells limits the versatility of the device when using this technical solution for standard 6-well or 12-well culture plates.
Прототипом устройства для электрической стимуляции роста клеток является устройство, описанное в патенте РФ 2488629 С1 [3]. Устройство состоит из культурального планшета с лунками и крышкой, на крышке планшета расположена макетная плата с электрическими шинами и цилиндрическими электродами, которые погружаются в культуральную среду до контакта с электропроводящим основанием на дне лунки. В каждой лунке размещается по два электрода. Электроды проведены через отверстия, выполненные в крышке планшета. Диаметр отверстий не превышает полутора диаметров электрода с целью обеспечения свободного подведения электродов и защиты от попадания внешних веществ в лунки планшета. Каждый электрод прикреплен к макетной плате посредством плеча, выведенным под прямым углом.The prototype of a device for electrical stimulation of cell growth is the device described in RF patent No. 2488629 C1 [3]. The device consists of a culture plate with wells and a lid, on the plate lid there is a breadboard with electric buses and cylindrical electrodes, which are immersed in the culture medium until contact with an electrically conductive base at the bottom of the well. Each well contains two electrodes. The electrodes are passed through the holes made in the plate cover. The diameter of the holes does not exceed one and a half of the electrode diameters in order to ensure free supply of the electrodes and protect against the ingress of external substances into the wells of the plate. Each electrode is attached to the breadboard with a right-angled shoulder.
Особенностью прототипа является локальное подведение электрического сигнала к клеткам. Подобное решение позволяет минимизировать потребляемую устройством мощность. Тем не менее данная конструктивная особенность подразумевает маленькую площадь контакта между электродами и проводящим основанием, на котором высажены клетки, что увеличивает сопротивление контакта, локализует электрическое поле в небольшом объеме и снижает эффективность стимуляции в случае, когда размеры электропроводящего основания во много раз превышают диаметр электродов.A feature of the prototype is the local supply of an electrical signal to the cells. This solution allows you to minimize the power consumption of the device. Nevertheless, this design feature implies a small contact area between the electrodes and the conductive base on which the cells are planted, which increases the contact resistance, localizes the electric field in a small volume and reduces the stimulation efficiency in the case when the dimensions of the electrically conductive base are many times larger than the diameter of the electrodes.
Задача предлагаемой полезной модели - оптимизировать устройство для электрической стимуляции роста клеток за счет упрощения конструкции и снизить токсическое воздействие на клетки со стороны устройства.The objective of the proposed utility model is to optimize the device for electrical stimulation of cell growth by simplifying the design and to reduce the toxic effect on cells from the device.
Основным элементом устройства для электрической стимуляции роста клеток является культуральный планшет с закрываемой крышкой. На фиг. 1 представлен вид одной из лунок культурального планшета в разрезе, гдеThe main element of the device for electrical stimulation of cell growth is a culture plate with a closable lid. FIG. 1 shows a sectional view of one of the wells of the culture plate, where
1 - лунка культурального планшета,1 - well of a culture plate,
2 - крышка культурального планшета,2 - lid of the culture plate,
3 - печатная плата,3 - printed circuit board,
4 - электропроводящее основание,4 - electrically conductive base,
5 - электрод,5 - electrode,
6 - отверстие для вывода электродов и паяное соединение электрода с метализированным отверстием печатной платы.6 - hole for the output of the electrodes and the soldered connection of the electrode with the metalized hole of the printed circuit board.
В крышке культурального планшета 2 формируют отверстия для электродов 5 таким образом, что над каждой лункой находится два отверстия 6. Предпочтительным является расположение отверстий на линии диаметра лунки, симметрично относительно ее центра.Holes for
Поверх крышки культурального планшета располагается печатная плата 3, предназначенная для соединения соответствующих электродов в разных лунках и подачи на них напряжения, а также для закрепления электродов. Печатная плата имеет отверстия 6 для электродов, расположение которых соответствует отверстиям в крышке культурального планшета.On top of the lid of the culture plate is a printed
Печатная плата приклеивается или иным образом соединяется с крышкой планшета. На печатной плате могут быть расположены элементы схемы формирования импульсов или какой-либо другой электронной схемы, что позволяет сделать всю систему для электрической стимуляции более компактной.The PCB is glued or otherwise bonded to the tablet cover. The printed circuit board may contain elements of a pulse shaping circuit or some other electronic circuit, which makes the entire system for electrical stimulation more compact.
В отверстия печатной платы впаяны электроды, служащие для передачи потенциала от платы к электропроводящему основанию 4. В целях быстрой замены электродов возможно установить на плате гнезда или зажимы. Электродам придают форму, как показано на фиг. 1. Горизонтальная часть электрода имеет плотный пружинистый контакт с электропроводящим основанием за счет наличия угловой и вертикальной частей, которые покрываются изолирующим нетоксичным диэлектрическим покрытием с целью уменьшения тока внутри электролитной культуральной среды. Выведенный через отверстия конец электрода припаивается к металлизированному отверстию печатной платы, которая закрепляется на крышке культурального планшета.Electrodes are soldered into the holes of the printed circuit board, which serve to transfer potential from the board to the electrically
На дне лунки культурального планшета располагается электропроводящее основание, на которое высаживается культуры клеток для адгезии, роста, дифференцировки. расположена подложка для выращивания клеточной культуры.An electrically conductive base is located at the bottom of the well of the culture plate, on which cell cultures are planted for adhesion, growth, and differentiation. a substrate for growing a cell culture is located.
Устройство размещается в СО2 инкубаторе, в камере которого создаются оптимальные условия для жизнедеятельности клеток. В таком случае компактность предлагаемого устройства является преимуществом, поскольку позволяет разместить устройство целиком в камере инкубатора с минимальной тратой свободного пространства и не требует вывода конструктивных элементов (в частности, проводов для подключения к генератору) вне камеры инкубатора, что сохраняет постоянство параметров внутри камеры.The device is placed in a CO 2 incubator, in the chamber of which optimal conditions are created for the vital activity of cells. In this case, the compactness of the proposed device is an advantage, since it allows the entire device to be placed in the incubator chamber with a minimum waste of free space and does not require the withdrawal of structural elements (in particular, wires for connecting to the generator) outside the incubator chamber, which preserves the constancy of the parameters inside the chamber.
Таким образом, конструкция устройства для электрической стимуляции роста клеток создана таким образом, что электроды имеют плотный контакт с электропроводящим основанием и электрические сигналы проходят между двумя разнополюсными электродами и непосредственно через электропроводящее основание, которые выполняют роль платформы для передачи электрических импульсов к клеткам.Thus, the design of the device for electrical stimulation of cell growth is created in such a way that the electrodes are in close contact with the electrically conductive base and electrical signals pass between two opposite-pole electrodes and directly through the electrically conductive base, which act as a platform for transmitting electrical impulses to the cells.
Устройство оптимизировано за счет увеличения площади контакта между электродами и электропроводящим основанием, повышения надежности контакта, уменьшения контактного сопротивления и вероятного повреждения электропроводящего основания при соприкосновении с электродами, увеличения области стимуляции и повышения однородности электрического поля. Предлагаемые в полезной модели решения упрощают конструкцию устройства, по сравнению с устройствами-аналогами. В частности, отсутствие подвижных элементов вне культурального планшета способствует меньшей повреждаемости устройства при его транспортировке и возможности размещения нескольких устройств друг на друге в целях проведения многочисленных единовременных экспериментов с минимальными затратами пространства в СО2 инкубаторе. Так же задачей полезной модели является снижение токсического воздействия на клетки со стороны устройства за счет использования изолирующего покрытия для электродов и герметизации отверстий, через которые осуществляется вывод электродов из лунки планшета. Ключевой задачей, для реализации которой используются предлагаемые решения, является усиление эффекта влияния электрической стимуляции на рост и дифференцировку клеток.The device is optimized by increasing the contact area between the electrodes and the electrically conductive base, increasing the contact reliability, reducing the contact resistance and possible damage to the electrically conductive base when it comes into contact with the electrodes, increasing the stimulation area and increasing the uniformity of the electric field. The solutions offered in the utility model simplify the design of the device in comparison with analogue devices. In particular, the absence of movable elements outside the culture plate contributes to less damage to the device during transportation and the possibility of placing several devices on top of each other in order to conduct numerous simultaneous experiments with minimal space consumption in a CO 2 incubator. Also, the task of the utility model is to reduce the toxic effect of the device on cells by using an insulating coating for the electrodes and sealing the holes through which the electrodes are removed from the plate well. The key task for the implementation of which the proposed solutions are used is to enhance the effect of the influence of electrical stimulation on the growth and differentiation of cells.
В рамках реализации данного устройства в качестве электродов были выбраны акупунктурные стерильные иглы диаметром 0,3 мм из хирургической стали с золотым напылением. Использованы стерильные культуральные планшеты с 6 лунками. Спроектированный и изготовленный генератор электрических импульсов предусматривает функцию переключения между конденсаторами и резисторами различных емкостей и сопротивлений с целью изменения параметров электрического сигнала, стабилизации амплитуды выходных импульсов при изменении напряжения питания генератора, снижения влияния сопротивления нагрузки генератора на выходное напряжение. Питание генератора осуществлялось от батареи типа «Крона» напряжением 9 В.As part of the implementation of this device, acupuncture sterile needles with a diameter of 0.3 mm made of surgical steel with gold plating were chosen as electrodes. Sterile 6-well culture plates were used. The designed and manufactured electric pulse generator provides for the function of switching between capacitors and resistors of various capacities and resistances in order to change the parameters of the electrical signal, stabilize the amplitude of the output pulses when the generator supply voltage changes, and reduce the effect of the generator load resistance on the output voltage. The generator was powered by a 9 V Krona battery.
С целью проверки работы устройства проведены эксперименты по электрической стимуляции клеток соединительной ткани человека (фибробластов). В качестве электропроводящего основания были использованы массивы углеродных нанотрубок, которые синтезировали методом каталитического плазменно-химического осаждения из газовой фазы, а затем осуществлялось структурирование массивов (выпрямление углеродных нанотрубок) на лазерном аппарате «LaserScan» посредством импульсного лазерного излучения иттербиевого волоконного лазера с длиной волны 1064 нм. Такие структурированные массивы имеют высокую электропроводность (порядка 0,01-0,1 См/м), являются хорошей подложкой для адгезии и роста клеток. На основе данного материала могут быть сформированы адгезивные элементы для клеток в биомедицинских устройствах. Непосредственно перед экспериментами сформированные массивы углеродных нанотрубок дезинфицировали в бактерицидной камере под воздействием ультрафиолетового излучения, а затем размещали в стерильном устройстве для электрической стимуляции клеток.In order to test the operation of the device, experiments were carried out on electrical stimulation of human connective tissue cells (fibroblasts). Arrays of carbon nanotubes were used as an electrically conductive base, which were synthesized by catalytic plasma-chemical vapor deposition, and then the arrays were structured (carbon nanotubes were straightened) on a LaserScan laser apparatus by means of pulsed laser radiation of an ytterbium fiber laser with a wavelength of 1064 nm ... Such structured arrays have high electrical conductivity (about 0.01-0.1 S / m) and are a good substrate for cell adhesion and growth. On the basis of this material, adhesive elements for cells in biomedical devices can be formed. Immediately before the experiments, the formed arrays of carbon nanotubes were disinfected in a bactericidal chamber under the influence of ultraviolet radiation, and then placed in a sterile device for electrical stimulation of cells.
Серии экспериментов выполнялись при следующих условиях: время непрерывной стимуляции составляло 48 ч при предварительной инкубации клеток без подачи электрических сигналов в течение 24 ч. Амплитуда электрического импульса в каждом независимом эксперименте варьировалась от 60 мВ до 200 мВ, длительность импульса составляла 1 мс, длительность паузы - 400 мс. Для получения суспензии клеток в посадочной дозе 105 клеток/мл и проведения исследований по электрической стимуляции клетки культивировали в культуральной среде «Среда 199» с солями Хенкса и с глутамином, а также с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки.A series of experiments were carried out under the following conditions: the time of continuous stimulation was 48 h with preliminary incubation of cells without supplying electrical signals for 24 h. The amplitude of the electric pulse in each independent experiment varied from 60 mV to 200 mV, the pulse duration was 1 ms, the pause duration was 400 ms. To obtain a cell suspension at a landing dose of 10 5 cells / ml and conduct studies on electrical stimulation, the cells were cultured in the culture medium "Environment 199" with Hanks salts and glutamine, as well as with the addition of 10% fetal calf serum.
Изображения клеток на массивах углеродных нанотрубок после электрической стимуляции, полученные на сканирующем электронном микроскопе, представлены на фиг. 2. Результаты фотоколориметрического МТТ-теста представлены на фиг. 3.SEM images of cells on carbon nanotube arrays after electrical stimulation are shown in FIG. 2. The results of the photocolorimetric MTT test are shown in FIG. 3.
Сравнение клеток на массивах углеродных нанотрубок, которые не подвергались воздействию электрической стимуляции, показало, что в результате электрической стимуляции клетки наблюдалась более плотная локализация клеток и более активное образование клеточных конгломератов. Электрическая стимуляция не привела к патологическим нарушениями в морфологии клеток. Результаты МТТ-теста подтвердили, что с повышением амплитуды электрического сигнала наблюдалось увеличение процента погибших клеток. Наилучший результат от электрической стимуляции был получен при амплитуде сигнала 80-120 мВ для фибробластов, при данных значениях увеличение коэффициента пролиферативной активности по сравнению с контролем составило 13-16%.Comparison of cells on arrays of carbon nanotubes that were not exposed to electrical stimulation showed that as a result of electrical stimulation of the cell, a denser localization of cells and more active formation of cell conglomerates were observed. Electrical stimulation did not lead to pathological abnormalities in cell morphology. The results of the MTT test confirmed that with an increase in the amplitude of the electrical signal, an increase in the percentage of dead cells was observed. The best result from electrical stimulation was obtained with a signal amplitude of 80-120 mV for fibroblasts; at these values, the increase in the coefficient of proliferative activity compared to the control was 13-16%.
Источники информации:Information sources:
1. Патент РФ 2621841 С1.1. RF patent 2621841 C1.
2. Статья Guixin S., Mahmoud R., Shiyun M., Zhang Z. Electrical stimulation enhances viability of human cutaneous fibroblasts on conductive biodegradable substrates // Biomedical Materials Research. - 2007. - Vol. 84. - N. 4. - P. 1027-1036.2. Article Guixin S., Mahmoud R., Shiyun M., Zhang Z. Electrical stimulation enhances viability of human cutaneous fibroblasts on conductive biodegradable substrates // Biomedical Materials Research. - 2007. - Vol. 84. - N. 4. - P. 1027-1036.
3. Патент РФ 2488629 C1 (прототип).3. RF patent 2488629 C1 (prototype).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020143048U RU203947U1 (en) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020143048U RU203947U1 (en) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU203947U1 true RU203947U1 (en) | 2021-04-28 |
Family
ID=75851107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020143048U RU203947U1 (en) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU203947U1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6032062A (en) * | 1995-08-10 | 2000-02-29 | Nmi Naturwissenschaftliches Und Medizinisches Institut | Microelectrode arrangement |
| WO2004067087A1 (en) * | 2003-01-28 | 2004-08-12 | Lorenz Biotech S.P.A. | Apparatus of electro-stimulation and relative data support |
| RU2438732C2 (en) * | 2006-03-17 | 2012-01-10 | Лоренц Биотек С.П.А. | Device and method of electrostimulation |
| RU2488629C1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Device for electric stimulation of cells |
| US20160017268A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-21 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Device and methods comprising microelectrode arrays for electroconductive cells |
| RU2621841C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method for stimulation of electrovibrary neuronal cells |
-
2020
- 2020-12-25 RU RU2020143048U patent/RU203947U1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6032062A (en) * | 1995-08-10 | 2000-02-29 | Nmi Naturwissenschaftliches Und Medizinisches Institut | Microelectrode arrangement |
| WO2004067087A1 (en) * | 2003-01-28 | 2004-08-12 | Lorenz Biotech S.P.A. | Apparatus of electro-stimulation and relative data support |
| RU2438732C2 (en) * | 2006-03-17 | 2012-01-10 | Лоренц Биотек С.П.А. | Device and method of electrostimulation |
| RU2488629C1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Device for electric stimulation of cells |
| US20160017268A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-21 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Device and methods comprising microelectrode arrays for electroconductive cells |
| RU2621841C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method for stimulation of electrovibrary neuronal cells |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102389618B (en) | Electrodes for applying an electric field in-vivo over an extended period of time | |
| CN1201713C (en) | Single Point Stimulation Therapy Device | |
| JP2010505550A5 (en) | ||
| SE9800520D0 (en) | Electrode for tissue stimulation | |
| JP2011529718A5 (en) | ||
| CN104548335A (en) | Implantable flexible array electrode used for organism and preparation method of implantable flexible array electrode | |
| Newbold et al. | Electrical stimulation causes rapid changes in electrode impedance of cell-covered electrodes | |
| CN210458213U (en) | Biological culture system of electricity environment | |
| WO2002072781A2 (en) | Electromanipulation device and method | |
| RU203947U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRIC CELL GROWTH STIMULATION | |
| CN112680349A (en) | In-vitro experiment device capable of applying parameterized electric field and temperature control method thereof | |
| CN114317261A (en) | Cell culture dish capable of forming gradient electric field electrical stimulation | |
| CN203768368U (en) | High-throughput electric stimulation instrument for cell culture | |
| CN216998446U (en) | Cell culture dish capable of forming gradient electric field electrical stimulation | |
| CN206239894U (en) | Trigeminal neuralgia transcutaneous electrostimulation equipment and the external member including the equipment | |
| CN109771818A (en) | a neuromuscular stimulator | |
| CN213312918U (en) | Therapeutic head of ultrasonic wave electric conduction therapeutic instrument | |
| RU2636890C2 (en) | Connector and installation with this connector for chronic stimulation of electro-excitable cells | |
| RU68316U1 (en) | ELECTRODE DEVICE | |
| US9775993B2 (en) | Electricity and microcurrent generator | |
| CN216614703U (en) | TTF cell culture device | |
| CN212547966U (en) | Artificial cochlea current detection device | |
| CN215440482U (en) | In-vitro experimental device capable of applying parameterized electric field | |
| RU2488629C1 (en) | Device for electric stimulation of cells | |
| CN221319977U (en) | A discontinuous directional low-frequency direct current stimulation cell culture dish |