Das Projekt wird gefördert durch das Engineering und Physical Sciences Research Council EPSRC (EP/K503745/1), National Institute for Health Research (NIHR) Biomedical Research Centre (BRC) (BRC272/HI/JG/101440) und das UCL ändern Entscheidungsträger.

Das Protokoll folgt den Richtlinien des University College London Humanforschung Ethikkommission.
Achtung: Dieses Protokoll enthält eine elektrische Gefahr und eine Verbrennungsgefahr (Lötkolben); Lesen Sie beide vor dem Versuch dieses Protokolls. Dieses Protokoll beinhaltet eine Anschlussvorrichtung für die Haut. Stellen Sie sicher, dass zu keinem Zeitpunkt ein Pfad zwischen Haut und Strom Netz. Berühren Sie niemals das Element des Lötkolbens. Halten Sie die Drähte mit einer Pinzette oder Klemmen beheizt werden. Halten Sie während des Gebrauchs nass Reinigungsschwamm. Immer wieder den Lötkolben auf seinem Stand bei Nichtgebrauch zurück. Nie mehr legen Sie auf der Werkbank Weg. Schalten Sie Gerät aus und den Netzstecker ziehen Sie, wenn nicht in Gebrauch.
1. Montage der Basiskomponenten
Hinweis: Abbildung 3 gibt eine allgemeine Übersicht über die Protokoll-Schritte.
<ol><li>Der Bionic Clicker MK bauen I, stecken die Biosignale Sensor Schild in den Mikrocontroller und Schrauben Sie die EMG-Kabel in die E, M und GND Schraubklemmen des Schildes (siehe Abbildung 4). Weiter zu Schritt 1.6.</li>
	<li>
Der MK II bauen, legen Sie eine Reihe von drei Header-Pins in den Muskel-Sensor in den +, - und SIG Löcher (siehe Abbildung 5), von oben und unter Löten.
	<ol>
<li>Biegen Sie die Header-Pins 90 ° mit ein paar Trainingstage auf halber Höhe der Pins. Dies stellt die Stifte in die richtige Position für den Fall.</li>
		<li>Wenn die Abduktionsmuskel Indicis als Eingabe verwenden, weiter zu Schritt 1.3, wenn nicht 1.4 Schritt zu bewegen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Entfernen Sie das schwarze Kurzreferenz Kabel aus dem Muskel-Sensor.
	<ol>
<li>Schneiden Sie die drei EMG-Kabel mit einem Drahtschneider aus dem Handgelenk auf der Rückseite der Hand laufen. Das Ende der drei EMG-Kabel mit einer Abisolierzange Strip.</li>
		<li>Legen Sie das abisolierte Ende des schwarzen Kabels in die R-Loch, das blaue Kabel in das Loch E und das rote Kabel in die M-Loch des Muskel-Sensors (Abbildung 5). Löten Sie die Drähte auf der Unterseite des Muskels Sensors. 1.5 Schritt zu bewegen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Schneiden Sie zwei Elektroden in die Unterseite der Muskel-Sensor und eine Elektrode in den Stecker des Kabels schwarz Referenz.
	<ol>
<li>Halten Sie den Muskel-Sensor auf den ausgewählten Muskel mit den Elektroden und platzieren Sie schwarzen Bezugselektrode an einer geeigneten Stelle zu.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
8 Einzelkern-Multi-Thread-Drähte Ablängen und jedem Ende Streifen: 5 kurze Drähte (7 cm), von den Mikrocontroller auf der Steuerplatine (rot, schwarz, grün, weiß und blau) und 3 länger (ca. 12 cm aber Handgelenk Größe abhängig) laufen Drähte (rot, schwarz und grün) von einer Seite des Handgelenks zum anderen laufen. Hinweis: Wenn den Muskel-Sensor auf einen anderen Muskel zu platzieren, stellen Sie sicher, dass die längere Drähte von der Muskel-Sensor-Website auf die drahtlose Mikrocontroller-Website ausgeführt werden.<ol>
<li>Legen Sie die Drähte in den Microcontroller bereit zum Löten: 2 rote Adern in die 3V Loch, 2 schwarze Drähte in die GND-Loch, den langen grünen Draht in der A0-Loch, das kurze blaue Kabel in die 2-Loch, den langen, weißen Draht in die 3-Loch , und den kurzen grünen Draht in die 5-Loch. Löten Sie die Drähte auf der Unterseite des Mikrocontrollers.</li>
		<li>Löten Sie das andere Ende der 3 langen Drähte 3 Header-Buchsen in der Reihenfolge: rot, schwarz, grün. Siehe Abbildung 5. Wenn nicht mit der Abduktionsmuskel Indicis Schritt 2 weiter.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Legen Sie die EMG Sensor Pads auf der Hand, wie in Abbildung 6, mit zwei Elektroden an den Enden der Abduktionsmuskel Indicis und ein EMG Sensor Pad in der Mitte der Rückseite der Hand gezeigt.
	<ol>
<li>Befestigen Sie die Elektroden in das Anschlussende von Muskel-Sensorleitungen ("Push" passen). Die blauen und roten Elektroden Clip über dem Muskel, die schwarze Elektrode Clips auf der Rückseite der Hand.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Testausgabe EMG
<ol><li>Laden Sie die Bibliothek für die Biosignale Schild nach der Link-14 aus dem Referenzabschnitt. Entpacken Sie es und legen Sie sie im Ordner "Integrated Development (IDE)-Bibliotheken" (in der Regel in Dokumentbibliotheken Arduino gefunden). Fahren Sie mit Schritt 2.3. Wenn der MK II zu erstellen, gehen Sie zum Schritt 2.2.</li>
	<li>Fügen Sie die Mikrocontroller-Boards in der IDE, nach den Anweisungen15 hinzu.</li>
	<li>Download "ThresholdTest.ino" für die MK I oder 'BLEThresholdTest.ino' und 'BluefruitConfig.h' für die MK II und öffnen Sie in der IDE-Software (zusätzliche Dateien).</li>
	<li>Den Laptop vom Netz trennen und dann und nur dann, stecken den Mikrocontroller in den Laptop über ein Universal Serial Bus (USB) Kabel.</li>
	<li>Laden Sie die jeweils gültige Fassung der Stufentest auf den Mikrocontroller und öffnen Sie dann den Serien Monitor (Tools > Serial Monitor). Die Ausgabe der EMG wird nun angezeigt.</li>
	<li>Bewegen Sie den Zeigefinger hin und her zu und bewegen Sie die Hand, ohne den Zeigefinger bewegen. Notieren Sie die Werte in jedem Fall angezeigt. Hinweis: Bei Verwendung der MK II ist darauf achten, dass die Kabel bewegen sich nicht wie es extrem empfindlich auf Lärm erzeugt auf diese Weise ist.</li>
	<li>Wählen Sie einen Wert, der ist oben was gesehen wird, wenn die Hand bewegt wird, aber unter dem, was gilt, wenn die Finger hin und her bewegt wird. Notieren Sie sich diesen Wert. Hinweis: Der Wert wird ausgewählt, so dass das Gerät nur durch eine gezielte Bewegung des Fingers aktiviert wird. Dies ist der Trigger Schwellenwert, der Wert, an dem das Gerät aktiviert wird. Der Muskel-Sensor hat eine Gain-Einstellung manuell verändert werden kann, wenn der Schwellenwert schwer ist zu finden. Die Elektroden müssen ersetzt werden. Wenn die Abduktionsmuskel Indicis verwenden, stellen Sie Gain auf Minimum als Ausgangspunkt. Die Gain-Einstellung wird durch das Potentiometer auf dem Muskel-Sensor gekennzeichnet durch Gewinn verändert, und dies kann durch einen kleinen flachen Schraubendreher geändert werden.</li>
</ol>3. Test-Schwelle
<ol><li>Download "BoomTest.ino" für die MK I oder 'BLEBoomTest.ino' und BluefruitConfig.h für den MK II und öffnen Sie sie in der IDE-Software.</li>
	<li>Bearbeiten Sie den bereitgestellten Code ersetzt "PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE" mit dem Schwellwert Trigger, die zuvor in Schritt 2,8 ermittelt. Dies ist Zeile 37 des Codes für die MK I und Zeile 47 des Codes für den MK II.</li>
	<li>Laden Sie die richtige Version von BoomTest an den Mikrocontroller und öffnen Sie dann den Serien Monitor (Tools > Serial Monitor).</li>
	<li>Bewegen Sie die Hand um (den Zeigefinger bewegt nicht von Seite zu Seite); nichts ist auf der seriellen Ausgang gesehen.</li>
	<li>Bewegen Sie den Zeigefinger hin und her; das Wort 'BOOM' erscheint. Hinweis: Wenn "BOOM" zur falschen Zeit oder überhaupt nicht angezeigt wird, überprüfen Sie die Anschlüsse und zurück zum Schritt 2.7.</li>
</ol>4. 3D Drucken den MK II-Fall
<ol><li>Wenn der MK II Gebäude, download der Stl-Dateien für alle 5 Komponenten der Fall (siehe Abbildung 7 für alle 5 Teile). Drucken Sie die Teile des Gehäuses durch irgendeine bevorzugte Methode. Fahren Sie mit Schritt 5.2. Wenn Gebäude den MK I, gehen Sie zum Abschnitt 5. Hinweis: Der Fall wurde durch beide fused Deposition Modellierung16 (FDM) und Photolithographie Drucker17erfolgreich gedruckt.</li>
</ol>5. Löten der Steuerplatine
Hinweis: Wenn der MK II zu erstellen, gehen Sie zum Schritt 5.2.
<ol><li>
Legen Sie eine Reihe von zwei Header-Pins, fünf 10 KΩ Widerstände, einen Schiebeschalter und zwei Taster für die Komponenten wie in Abbildung 8A; dann löten sie auf der Unterseite der Platine.
	<ol>
<li>Brechen Sie die kupfernen-Leiterbahnen auf der Lochrasterplatine mit einem Cuttermesser, Abbildung 8Adie grauen Linien ausgehend durch Schneiden. Dies ermöglicht eine einzelne Tracks, mehrere Funktionen auf der ganzen Linie zu haben.</li>
		<li>Schneiden Sie 7 Kabel (schwarz, rot, blau, Orange, weiß, braun und gelb) der richtigen Länge mit einem Drahtschneider, so dass sie vom Unterarm, Oberarm (ca. 30 cm) ausgeführt werden. Schneiden Sie ein rotes Kabel von 7 cm, ein schwarzer Draht von 3 cm und eine Orange und eine blaue Kabel von 4 cm.</li>
		<li>Beide Enden der Drähte mit einer Abisolierzange Strip.</li>
		<li>Legen Sie die Drähte in der Steuerplatine, nach dem Schaltplan in Abbildung 9gezeigt; Löten Sie die Drähte auf der Unterseite.</li>
		<li>Die lange rote und schwarze Kabel an ein paar Header Pins zu löten, und Löten Sie die andere lange Drähte zu einem Streifen von Header-Pins in der Reihenfolge: blau, orange, weiß, braun, gelb.</li>
		<li>Löten Sie die 5V und GND Pins des Wireless-Moduls mit den Header-Pins auf der Steuerplatine.</li>
		<li>Löten Sie das kurze orange Kabel an Pin 2 des Moduls drahtlose Kommunikation und dem kurzen blauen Kabel auf Pin 3.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Platz drei 10 KΩ Widerstände, einen Schiebeschalter und zwei Push Schalter wie in Abbildung 10A dargestellt und auf der Unterseite der Platine zu löten.
	<ol>
<li>Brechen Sie die kupfernen-Leiterbahnen auf der Lochrasterplatine durch Schneiden durch mit einem Cuttermesser, ausgehend, dass die grauen Linien Abbildung 10A. Dies ermöglicht für den Track, mehrere Funktionen auf dem Brett zu haben.</li>
		<li>Schneiden Sie die Drähte, die zuvor an den Mikrocontroller mit einem Drahtschneider verlötet wurden, so dass sie durch die Mitte der Mikrocontroller-Fall-Schicht auf der Steuerplatine ausführen können, ohne Unterbrechung den Fall vor der Schließung (Abb. 10B).</li>
		<li>Legen Sie die Drähte in der Steuerplatine, nach dem Schaltplan (Abbildung 11). Löten Sie die Leitungen im Ort. Fahren Sie mit Schritt 6.2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Montieren Sie Clicker und Mikrocontroller zu aktualisieren
<ol><li>Zusammenbau der Bionic Clicker, verbinden die Header-Stecker aus dem Steuerelement Board Drähte an den Mikrocontroller und Bio-Signale abschirmen (5V und GND auf der MK I, Pin 22-30 auf dem MKII). Schließen Sie den Akku an den Mikrocontroller. Siehe Abbildung 12. Fahren Sie mit Schritt 6.3.</li>
	<li>Zusammenbau der Bionic Clicker, verbinden die Header-Connector aus der Mikrocontroller auf den Muskel-Sensor (grünes Kabel, SIG). Siehe Abbildung 13.</li>
	<li>Verbinden Sie den Mikrocontroller mit dem Laptop per USB-Kabel.</li>
	<li>Download "BionicClicker.ino" oder "BLEBionicClicker.ino und BluefruitConfig.h und öffnen Sie sie in der IDE-Software.</li>
	<li>Bearbeiten Sie den Code und ersetzen Sie "PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE" mit dem Schwellwert Trigger im Schritt 2.7 bestimmt (in Zeile 59 des Codes für die MK I, 83 des Codes für den MK II Reihe). Hinweis: Der Name, der die MK II-Gerät als angezeigt wird, wenn über drahtlose Verbindung kann durch Bearbeiten der Zeile 47 geändert werden. "Bionic Clicker MK II" mit einem alternativen Titel zu ersetzen.</li>
	<li>Trennen Sie den Mikrocontroller aus dem Laptop durch Entfernen des USB-Kabels.</li>
</ol>7. Schließen Sie das Gerät an einen Computer
<ol><li>Wenn mit der MK I, folgen die Anweisungen, um das Wireless-Modul mit dem Gerät koppeln anhand des Herstellers Führer18. Wenn der MK II verwenden, schließen Sie an das Gerät drahtlos nach dem Eingriff eine drahtlose Tastatur verwendeten Computers herstellen.</li>
</ol>8. Testen Sie den Clicker
<ol><li>
Öffnen Sie einige Tippfehler Software und geben Sie Text, wie z. B. "Lorem Ipsum Dolor Sit Amet". Dies ermöglicht die Pressen, wahrgenommen zu werden, um zu prüfen, ob diese Befehle gesendet und empfangen werden. Hinweis: Wenn die Batterie schwach ist kann das Gerät fehlerhaftes Verhalten geben; Verwenden Sie immer eine neue Batterie.<ol>
<li>Drücken Sie die manuelle vorwärts-Taste den Cursor bewegen Sie nach vorne und das Handbuch rückwärts-Taste, um den Cursor rückwärts zu bewegen sehen sehen. Heben Sie den Zeigefinger auch vorankommen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Um den Clicker mit der Präsentations-Software zu testen, heben Sie den Zeigefinger um die Folien zu kommen. Hinweis: Der Override-Schalter schaltet die EMG-Funktion ein- und ausschalten, und das Handbuch vorwärts und rückwärts Tasten Fortschritt und Rückzug der Folien in beiden Szenarien.</li>
</ol>9. Montieren Sie den Clicker
Hinweis: Wenn den MK II Gebäude fahren Sie mit Schritt 9.2.
<ol><li>
Wenn den MK I, schneiden Sie den doppelseitigen Haken und Schleife Material mit der Schere, so dass es bequem am Handgelenk passt. Sicherstellen Sie, dass die Schlaufen nach innen gerichtet sind, auf um das Handgelenk nicht zu kratzen.
	<ol>
<li>Schneiden Sie den doppelseitigen Haken und Schleife Material, so dass es bequem um den Oberarm passt, wieder sicherstellen, dass die Schlaufen nach innen zu stellen.</li>
		<li>Die doppelseitigen Haken und Flausch Streifen auf die Größe des Mikrocontrollers (10 x 5 cm) und das Control Board (2,5 x 6,4 cm) schneiden. Schneiden Sie einen Streifen, der eng um die Batterie (4 x 12 cm) passen.</li>
		<li>Mit der Klebepistole, kleben Sie die Schleife Seite der Streifen an der Unterseite des Mikrocontrollers und dem unteren Rand der Steuerplatine.</li>
		<li>Legen Sie das Control Board auf das Armband. Befestigen Sie der Mikrocontroller und Batterie zum Oberarm Armband.</li>
		<li>Schließen Sie alles: die 9 V-Batterie Stecker in den Microcontroller mit dem PP3-Anschluss. Das Mikrocontroller und e-Health-Schild an der Steuerplatine über die angelöteten Drähte anschließen. Hinweis: Der MK I ist nun fertig.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Geschnitten Sie wenn der MK II Gebäude, doppelseitige Haken und Schleife Material 35 mm breit und lang genug um das Handgelenk (ca. 22 cm für kleinere Handgelenke) wickeln.
	<ol>
<li>Schieben Sie die Haken und Ösen Material durch die Clips an der Unterseite des Gehäuses. Stellen Sie sicher, dass die Schlaufen nach innen gerichtet sind, auf um das Handgelenk nicht zu kratzen.</li>
		<li>Stecken Sie die Kabel an den Mikrocontroller beendet die männlichen Header-Pins auf dem Muskel-Sensor in die Buchsenleiste angelötet, und die Elektroden in die EMG-Kabel indem man sie auf clip. Hinweis: Die MK II ist nun abgeschlossen. Siehe Abbildung 14.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Navarro, X., Krueger, T. B., Lago, N., Micera, S., Stieglitz, T., Dario, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+review+of+interfaces+with+the+peripheral+nervous+system+for+the+control+of+neuroprostheses+and+hybrid+bionic+systems.">A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems.</a> J Periph Nerv Syst. 10 (3), 229-258 (2005).</li><li>Yang, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+anthropomorphic+robot+hand+developed+based+on+underactuated+mechanism+and+controlled+by+EMG+signals.">An anthropomorphic robot hand developed based on underactuated mechanism and controlled by EMG signals.</a> J Bionic Eng. 6 (3), 255-263 (2009).</li><li>Chu, J. U., Moon, I., Lee, Y. J., Kim, S. 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Z., Melina, N. B., Kostas, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-Source,+Low-Cost,+Compliant,+Modular,+Underactuated+Fingers:+Towards+Affordable+Prostheses+for+Partial+Hand+Amputations.">Open-Source, Low-Cost, Compliant, Modular, Underactuated Fingers: Towards Affordable Prostheses for Partial Hand Amputations.</a> 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , (2014).</li><li>Chatterjee, H. J., Hannan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Engaging the senses: object-based learning in higher education. , (2015).</li><li>Zainee, N. M., Chellappan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergency+clinic+multi-sensor+continuous+monitoring+prototype+using+e-Health+platform.">Emergency clinic multi-sensor continuous monitoring prototype using e-Health platform.</a> 2014 IEEE Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). , (2014).</li><li>Paul, P., Motskin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engaging+the+Public+with+Your+Research.">Engaging the Public with Your Research.</a> Trends Immunol. 37 (4), 268-271 (2016).</li><li>. e-Health Sensor Platform V2.0 for Arduino and Raspberry Pi Available from: <a target="_blank" href="https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1">https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1</a> (2017)</li><li>. 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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Sättigung des MK II auf die Entführer Indicis ist weniger ein Problem als es zunächst den Anschein. Sorgfältige Platzierung der Elektroden und richtig profitieren, wenn Einstellung hält dies ein Problem sein, wenn das Gerät als ein Clicker verwendet wird. Es sei denn, Sie interessieren sich für genaue Aufzeichnung der Entführer Indizes, dürfte dies ein Problem sein. Keine Übersättigung hat auf jeder andere Muskel gesehen worden, nachdem die Verstärkung eingestellt haben. Die falsche negative mit dem MK II sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der Auswahl des richtigen Schwellenwerts bei der Entführer Indicis Verwendung. Mit größeren Muskeln ist der Unterschied zwischen dem Ausmaß der nicht-zielgerichtete Aktivierung des Muskels und gezielte Anspannung des Muskels größer, so dass für die Auswahl eines Punktes der Schwelle, die weiter von der falsch-positiven und falsch-negativen Punkte. Auf besonders kleine Hände Indicis Abduktionsmuskel möglicherweise zu klein für die Elektroden korrekt platziert werden (wenn auch mit kleineren Elektroden dies möglicherweise gelöst werden konnte).
Die wesentlich längere Lebensdauer der Batterie für den MK II eignet sich für eine Vielzahl von Gründen. Erstens der MK ich Gerät begann unregelmäßig nach 45 Minuten, zu handeln, so kann es zu längeren Demonstrationen verwendet werden. Zweitens mit einer mehrstündigen Akkulaufzeit der MK II als Steuereingang für ein nützliches Gerät angesehen werden kann, und mit nur einem kleinen Anstieg physischen Batteriegröße, könnte es als eine ganztägige Überwachungsgerät verwendet werden. Die drahtlose Mikrocontroller hat 6 analoge Eingänge und 13 digitale Eingänge; Dies bedeutet, dass das Gerät Signale von mehreren Muskeln Sensoren erstelle ich ein Gerät mit mehr Freiheitsgrade bei der Steuereingänge akzeptieren könnte. Anzumerken ist, dass der Muskel-Sensor ersetzt werden könnte, indem jede Biosensor mit einem Analogausgang ein Gerät erstellen, die andere biologische Signale als Eingabe verwendet. Der Code des Geräts kann auch leicht geändert werden, um seine Funktionalität zu ändern. Änderungen an der Software und Hardware des Gerätes ermöglichen einfache und vielfältige Veränderungen am Gerät.
Eine Einschränkung des Gerätes wie es derzeit aussieht, ist, dass die EMG-Ausgabe mit einer hohen Datenrate drahtlos gesendet werden kann, wie dies den drahtlosen Mikrocontroller-Puffer überlasten kann. Eine weitere Einschränkung ist, dass die Technik die Entführer-Indizes als Eingabe verwendet, und da der Muskel sehr klein ist, der Abstand der Elektroden auf der Seite fast überschneiden; Wenn jemand besonders kleine Hände hat, kann es unmöglich, die Elektroden korrekt über dieses Muskels zu legen sein.
Das Gerät hat mehrere Vorteile gegenüber den teureren Geräten, wenn es um Flexibilität bei der möglichen Forschungsprojekte geht. Es ist low Cost: das Gerät kostet 80 USD und EMG Zusatzkanäle kostet nur 35 US-Dollar, wodurch es ideal für kleinere oder studentische Projekte. Es ist einfach anzupassen, die Software kann leicht bearbeitet werden und die Eingänge für andere Hardware geändert. Es hat eine kleine Größe, also eine Person trägt es nicht musst schwere oder sperrige Ausrüstung tragen. Es wird auch als eine drahtlose Tastatur mit anderen Geräten, sodass es einfach mit jedem kompatiblen drahtlosen Gerät integriert werden kann. Das Gerät wurde bereits in einem Hilfsgerät aufgenommen, die in der nahen Zukunft veröffentlicht werden.
Aufgrund der Größe und Leichtigkeit der Anpassung des MK II ist es bereits für den Einbau in mehreren Forschungsprojekten als eine EMG-Funkmodul und als drahtlose Auslösemechanismus angesehen. Es dient auch als Grundlage für eine der Lab Sessions auf ein Meisterschüler. Die wichtigste Verbesserung möchten wir am Gerät vorzunehmen ist, die drahtlose Übertragungsrate zu erhöhen; Ziel ist es, 10 Hz zu erreichen, und ob dies durch Hardware oder Software durchgeführt werden wird ist noch nicht bestimmt werden.
Die wichtigsten Schritte im Rahmen des Protokolls sind Schritte 2.6 und 2.7: die Auswahl des Schwellenwertes Trigger. Besondere Aufmerksamkeit muss Schritt 2.6 die Bewegung der EMG-Kabel geschenkt werden, da diese als Antenne fungieren können und Bewegungsartefakte zu generieren; Wenn diese stationär gehalten werden, ist dies jedoch kein Problem. Im Schritt 2.7 Wenn der ausgewählte Wert zu hoch ist, dadurch falsche negative. Wenn dieser Wert zu niedrig ist, führt dies zu Fehlalarmen. Im Falle der Entführer Indicis ist es sehr schwierig, einen Wert, der nicht zu den gelegentlichen falsch negativ führt zu finden, obwohl dies mit größeren Muskeln nicht erscheint ein Problem sein. Wenn Suche nach den richtigen Wert noch ein Problem ist, kann der Gewinn korrigiert werden, indem es auf den minimalen Wert und erhöht, bis ein großer Unterschied zwischen Aktivierung und Freischaltung durch das serielle auslesen mit den Werten, die unter dem Gesichtspunkt gesehen ist Sättigung.
Insgesamt der MK II ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber der MK ich als potentielle Forschung Gerät, obwohl da der MK I hat eine stärkere visuelle Wirkung, ist es wahrscheinlich immer noch gebrauchten künftig öffentliches Engagement Veranstaltungen.

Das Aspire Zentrum für Rehabilitation Engineering und Assistive Technologie untersucht Techniken anwendbar und übertragbar zwischen verschiedenen Domänen in verwandten Bereichen des Interesses, einschließlich aber nicht beschränkt auf, Schlaganfall, Muskeldystrophie, Amputation, die alternde Bevölkerung und Ausbildung von spezialisierten Fähigkeiten. Ein Bereich der Forschung, die das Zentrum beteiligt ist Neuroprothetik. Von den vielen Techniken verwendet für die Steuerung von Neuroprosthetic Waffen ist EMG eine der am häufigsten verwendeten Eingänge für die Kontrolle Systeme1,2,3,4,5,6. Dies ist in einem großen Teil durch seine einfache Bedienung und Erschwinglichkeit im Vergleich zu anderen Control Systeme7. Vor kurzem entwickelte 3D-gedruckten Prothesen wie Ada Hand nur 1.000 US-Dollar Kosten kann, bei der Verwendung dieser Art von Kontrolle8,9,10. Jedoch wenn Sie versuchen, solche Systeme in der Öffentlichkeit zu zeigen gibt es keinen einfachen Weg, dies zu tun ohne die Hilfe von einer Amputierten.
Um die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich an die Öffentlichkeit zu sensibilisieren, wurde eine bionische Clicker Demo-Gerät entwickelt. Es ist sehr wichtig, objektbasierte Demonstration zu verwenden, da es Aufmerksamkeit und beschleunigt das Lernen und Verständnis für das Thema gelehrt wird,11. Unser Gerät hilft nicht nur, das Konzept der EMG zu lehren, sondern auch um das Wissen über die aktuelle Entwicklung der modernen Technologien zu erhöhen. Darüber hinaus begeistert es jüngere Studien in Bereichen von Wissenschaft, Technik und Mathematik (STEM) wählen.
Der bionische Clicker MK war ich mit leicht verfügbaren Teile, die bereits im Einsatz im Labor waren gemacht. Es bestand aus einem Mikrocontroller, ein Bio-Signale Schild12, Elektroden, eine Steuerkarte, eine drahtlose Kommunikations-Board und einer 9 V-Batterie. Das Gerät funktionierte durch die Aktivität der Abduktionsmuskel Indicis befindet sich zwischen dem Zeigefinger und dem Daumen aufnehmen. Es löst einen Diawechsel imitiert eine Tastatur und eine "richtige Keypress" senden, wenn ein vorgewählter Schwellenwert erreicht wurde. Die Steuerkarte für das manuelle Versenden von "rechts" und "Links" Tasten (Fortschritt Folien und Retreat-Folien) erlaubt und könnte auch verwendet werden, um die EMG-Eingabe zu überschreiben, wenn Dinge schief gegangen ist während einer live-Demonstration.
Im Rahmen der medizinische Physik und biomedizinische Technik Abteilung öffentliches Engagement Aktivitäten haben wir die Bionic Clicker an Mitglieder der Öffentlichkeit gezeigt. Es erhielt ein begeistertes Echo aus dem Publikum und stieß auf Interesse bei der Gründung mehrere Kooperationen. Nach dem Erfolg des ersten Gerätes wurde eine zweite Version des Geräts entwickelt.
Ziel für die Gestaltung des zweiten Gerätes war es, ein Gerät zu produzieren, die billiger, weniger umständlich und mehr anpassbare als das erste Gerät war. Der Zweck dieser Einrichtung war, etwas zu entwerfen, das könnte leicht geändert werden, für studentische Projekte und billig in bestehende Projekte eingebunden werden. Der Hauptvorteil dieses Gerätes gegenüber anderen ist verfügbar1,2,3,4,5,6 seiner Benutzerfreundlichkeit verwenden, geringe Größe und geringe Kosten. Obwohl die bionische Clicker-Geräte möglicherweise nicht über die Auflösung der anderen Forschung Geräte, z. B. Trigger Geräte, sind sie mehr als gut genug. Der MK II wäre eine ideale Grundlage für jedes System, das eine EMG-Schwelle verwendet, um ein Gerät, z. B. eine prothetische Controller oder ein Hilfsgerät auslösen.
Das Design basierte auf einem Wireless-fähigen Mikrocontroller und einem Muskel-Sensor. Es gehörte auch ein 3,7 V 150 mAh Lithium-Polymer-Akku, eine manuelle Steuerung und ein 3D-gedruckten Gehäuse. Abbildung 3 zeigt einen Überblick über die Unterschiede zwischen den Designs. Das MK II-Design hat die gleichen Grundfunktionen wie das ursprüngliche Gerät aber deutlich mehr potentielle Funktionalität für neue Anwendungen wie die drahtlose Überwachung der EMG.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1034">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">For the Mark I</td>
			<td style="width:77px;"></td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:407px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any laptop with USB</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB B cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>From laptop to USB-B connection on Arduino</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Soldering Station</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Solder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hot glue gun</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hot glue gun glue</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Items</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Small Single-Core Multi-thread Wires</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Black, Red, Yellow, Brown, Orange White, Blue,</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Arduino MEGA 2560</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>Arduino MEGA 2560</td>
			<td>(Geniuno MEGA 2560 outside US)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">E-Health Shield v2.0</td>
			<td>Cooking Hacks</td>
			<td>e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [Biometric / Medical Applications]</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG cables</td>
			<td>Cooking Hacks</td>
			<td>Electromyography Sensor (EMG) for e-Health Platform [Biometric / Medical Applications]</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG Electrodes</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-12969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">9V battery</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Power cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>PP3 9v connector with jack</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bluefruit EZ-KEY HID</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">1535</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">strip board</td>
			<td>Amazon.co.uk</td>
			<td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td>
			<td>any similiar stripboard 2.54mm pitch 7x25</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">push button switch</td>
			<td></td>
			<td>COM-00097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">slide switch</td>
			<td>amazon.com</td>
			<td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">resistors</td>
			<td></td>
			<td>COM-11508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Double sided Velcro</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Break Away Headers - Straight</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>PRT-00116</td>
			<td>2, 2 and 5 needed</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">For the Mark II</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any laptop with USB connection</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB micro cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>From laptop to USB micro (standard phone connector style)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Soldering Station</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Solder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Items</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Small Single-Core Multi-thread Wires</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Black, Red, Green, White, Blue,</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Feather BLE 32U4</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">2829</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MyoWare</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-13723</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG cables</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>CAB-12970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG electrodes</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-12969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">3.7 V LiPo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">1317</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Strip Board</td>
			<td>amazon.co.uk</td>
			<td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td>
			<td>2.54 pitch 7x9 rows</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Push Button switch</td>
			<td></td>
			<td>COM-00097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">slide switch</td>
			<td>amazon.com</td>
			<td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">resistors</td>
			<td></td>
			<td>COM-11508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">3D printed parts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be 3D printed yourself or printed from a website</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Double sided Velcro</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Break Away Headers - Straight</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>PRT-00116</td>
			<td>3 pins needed</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Female Headers</td>
			<td>sparkfun</td>
			<td>PRT-00115</td>
			<td>3 pins needed</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the bionic clicker mark i &amp; ii

In diesem Manuskript präsentieren wir zwei "Bionic Clicker" Systeme, die erste entwickelt, um nachzuweisen, Elektromyographie (EMG) basierte Steuerungssysteme für pädagogische Zwecke und die zweite für Forschungszwecke. EMG basierte Steuerung Systeme elektrische Signale generiert durch Muskelaktivierung aufnehmen und verwenden Sie diese als Eingänge für Controller. EMG-Controller sind weit verbreitet in der Prothetik Kontrolle Gliedmaßen.
Die Marke ich (MK ich) Clicker erlaubt dem Träger, die Folie einer Präsentation ändern, indem Sie ihre Zeigefinger heben. Es baut auf einem Mikrocontroller und einem Biosignale Schild. Es generiert eine Menge Interesse von der Öffentlichkeit und Forschungsgemeinschaft.
Das Mark II (MK II) Gerät hier vorgestellten wurde entwickelt, um ein billiger, schlanker und mehr anpassbare System sein, das kann leicht geändert werden und EMG-Daten direkt übermitteln. Es wird gebaut, mit einer Wireless-fähig Mikrocontroller und ein Muskel-Sensor.

Der MK II ist erschwinglicher, anpassbare und weniger schwerfällig als der MK ich Gerät. Das ganze kostet MK II nur geringfügig mehr als die Biosignale Schild allein (75 USD). Das Gerät ist deutlich kleiner sitzen am Handgelenk, anstatt den Arm und den drahtlosen Mikrocontroller potentiell gleichzeitig Eingänge von 6 Muskel-Sensoren unterstützen könnte. Die funktionale Lebensdauer des MK ich Gerät ist weniger als eine Stunde mit einer 9 V-550 mAh-Akku und die funktionale Akkulaufzeit des Geräts MK II (bei Verwendung als ein Clicker) ist ca. 8 Stunden mit einem 3,7 V 150 mAh Akku; ein Vergleich der Geräte finden Sie unter Tabelle 1 .
Der bionische Clicker MK II haben ein Problem, wenn auf die Entführer Indicis verwendet: der Verstärker kann sättigen und nehmen mehr als eine Sekunde zu entladen (siehe Abbildung 15). Sorgfältige Platzierung der Elektroden und der richtigen Einstellung der Verstärkung kann dieses Problem umgehen. Dies geschieht nicht mit dem Bionic Clicker MK ich oder auf jede andere Muskeln für EMG allgemein verwendet.
Während die Geräte, um den Schwellenwert Trigger finden kalibrieren, können viele verschiedene Werte beobachtet werden. Sie lassen sich in drei Bereiche: die Werte, wenn die Hand bewegt wird, die Werte, wenn die Hand in Bewegung ist und die Werte wenn die Finger bewegt wird. Tabelle 2 zeigt die aufgezeichneten Werte in jedem Bereich; für die stationäre und Hand bewegen reicht die maximalen Werte werden angezeigt und für den Finger anspannen Bereich wird der minimale Wert angezeigt. Der Schwellenwert wird ausgewählt, um über die Hand bewegt Wert und unter die Finger anspannen Wert liegen. Der Wert näher an die Hand bewegen Bereich erhöht die Wahrscheinlichkeit falsch positiver und verringert sich die Wahrscheinlichkeit von falsch negativen, während ein Wert näher an den Finger anspannen Bereich den gegenteiligen Effekt hat.
Beide Geräte für falsche negative und falsche positive getestet, wenn den Entführer Indizes Muskel anspannen. Ein falsch-negativ wurde aufgezeichnet, wenn das Gerät nicht, einen Wechsel der Folie ausgelöst bei Anspannung des Muskels und ein Fehlalarm aufgezeichnet wurde, wenn die Folie geändert, wenn keine Anspannung aufgetreten ist. Weder Gerät hatte ein Problem mit Fehlalarmen, obwohl das MK II Gerät gelegentliche falsche negativ (weniger als 5 % der Zeit) erlebt. Der MK ich Gerät Erfahrungen keine falsch positive oder negative während der ersten 45 Minuten, obwohl die Anzahl der False steigt schnell bis total Geräteausfall zwischen 50 Minuten und einer Stunde negative (siehe Tabelle 3).
Diese Ergebnisse zeigen, dass das Gerät in seiner erklärten Ziele ist es gelungen. Tabelle 1 zeigt, dass der MK II billiger ist und mehr Flexibilität als die MK I. Tabelle 2 und Tabelle 3 zeigen bietet, die das Gerät funktioniert wie vorgesehen und können als eine EMG-basierte Trigger-Gerät verwendet werden. Abbildung 15 zeigt die Probleme, die auftreten können, wenn die Abduktionsmuskel Indizes verwenden: Dies ist kein Problem, das tritt bei den meisten Muskeln und kann durch Veränderung des Gewinns fixiert werden. Obwohl die Geräte einige Probleme haben, reichen sie für den vorgesehenen Verwendungszweck.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig1.jpg"> Abbildung 1: Der bionische Clicker MK I. Dies zeigt die Bionic Clicker MK I und alle zugehörigen Komponenten montiert auf dem linken Arm. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig2.jpg"> Abbildung 2: Blockschaltbild der Geräte. Jedes Feld repräsentiert einen separaten Abschnitt des Geräts; in jeder Box ist die Funktionalität, die Abschnitt als Teil des Gerätes hat. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig3.jpg"> Abbildung 3 : Schritte, um das Gerät zu bauen. Ein Ablaufdiagramm enthält eine Übersicht der einzelnen Schritte des Protokolls. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig4.jpg"> Abbildung 4 : Erste MK ich Montage. Mikrocontroller mit der Bio-Signale Schild und Elektrode Leitungen. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig5.jpg"> Abbildung 5: Erste MK II Montage. Mikrocontroller mit Muskel-Sensor und Lötverbindungen. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig6.jpg"> Abbildung 6 : Platzierung der Elektrode. Diese Abbildung zeigt die korrekte Platzierung der Elektroden auf der Seite der Entführer Indicis Verwendung. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig7.jpg"> Abbildung 7 : Gehäuseteile der MK II. Die Teile von der MK II-Fall in Photolithographie Drucker druckbereit. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig8.jpg"> Abbildung 8 : The MK ich Steuerkreis. (ein) Platine von oben (graue Flecken wo die Lochrasterplatine Kontakte auf der Unterseite gebrochen hatte). (b) abgeschlossen Platine. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig9.jpg"> Abbildung 9 : The MK ich Steuern Board Schaltplan. Der Schaltplan für die MK Steuern ich Board zeigt die Verbindungen zwischen der Widerstände, Schalter und Kabel. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2.jpg"> Abbildung 10 : The MK ich Steuerkreis. (ein) Control Board von oben (graue Markierung wo die Lochrasterplatine Kontakt an der Unterseite gebrochen hatte). (b) fertig gestellte Platine <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2large.jpg" target="_blank">Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig11.jpg"> Abbildung 11: Der MK II Steuerung Board Schaltplan. Der Schaltplan für die MK Steuern ich Board zeigt die Verbindungen zwischen der Widerstände, Schalter und Kabel. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig11large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig12.jpg"> Abbildung 12 : Die montierten MK I. Dies zeigt die Komponenten des MK ich Gerät, bevor sie auf dem Arm montiert wurden. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig12large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig13.jpg"> Abbildung 13 : Montage der Clicker MK II. (ein) Ort der Mikrocontroller in der Unterseite des Gehäuses. (b) legen Sie die Batterie in den mittleren Teil und den Deckel aufsetzen. (c) den Muskel-Sensor im Etui legen und auf dem Deckel. (d) verbinden Sie den Mikrocontroller mit der Muskel-Sensor und schließen Sie den Akku an den Mikrocontroller. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig13large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig14.jpg"> Abbildung 14 : Der fertige Bionic Clicker MK II. (eine) auf den Haken und Flausch Armband. (b) am Handgelenk. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig14large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 15" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig15.jpg"> Abbildung 15: Übersättigung des Sensors Muskel. Diese Abbildung zeigt, was passiert, wenn der Muskel-Sensor übersättigt ist; die Hochebenen sind als Muskelaktivierung zu stark für die aktuelle Gain-Einstellung am Gerät war. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig15large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>MK ICH</td>
			<td>MK II</td>
		</tr>
<tr>
<td>EMG sensor</td>
			<td>Allgemeinen Bio-sensor</td>
			<td>Spezielle Muskel Sensor</td>
		</tr>
<tr>
<td>Wireless</td>
			<td>Separate wireless-Modul</td>
			<td>Auf dem Mikrocontroller board</td>
		</tr>
<tr>
<td>EMG über Funk?</td>
			<td>Nein</td>
			<td>Ja</td>
		</tr>
<tr>
<td>Akku</td>
			<td>9 V PP3</td>
			<td>150 mAh LiPo</td>
		</tr>
<tr>
<td>Betriebszeit</td>
			<td>1 h</td>
			<td>8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>Die Bauzeit</td>
			<td>5 h</td>
			<td>4 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>Gesamtkosten</td>
			<td>$150</td>
			<td>$80</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fehlalarme (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>Falsch negative (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>4.7</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 1: Vergleich der Geräte. Diese Tabelle vergleicht verschiedene Aspekte der Geräte, vom Entwurf bis zur Funktionalität.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>Stationär (maximal)</td>
			<td>Hand-Moving (maximal)</td>
			<td>Finger Tensing (mindestens)</td>
			<td>Schwellenwert</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK ICH</td>
			<td>25</td>
			<td>35</td>
			<td>215</td>
			<td>200</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>40</td>
			<td>280</td>
			<td>460</td>
			<td>400</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 2: Kalibrierergebnisse. Diese Tabelle zeigt die Werte, die während die Hand stationär, Bewegung der Hand und Finger anspannen, halten sowie den Schwellenwert ausgewählt.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td colspan="3">Anzahl der falsch negative (getestet alle 30 s)</td>
			<td colspan="2">Anzahl der Fehlalarme (spontane Aktivierungen)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Ersten 45 min</td>
			<td>45 min - 1 h</td>
			<td>1-8 h</td>
			<td>Ersten h</td>
			<td>1-8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK ICH</td>
			<td>0</td>
			<td>35</td>
			<td>N/A</td>
			<td>0</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>40</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 3: Testen der Geräte. Vergleich von false Positives und false Negatives zwischen den beiden Geräten.
Zusätzlicher Code-Dateien für MK I und MK II: <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BionicClicker.ino" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um "BionicClicker.ino" herunterladen</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEBionicClicker.ino" target="_blank">Klicken Sie hier, um "BLEBionicClicker.ino" herunterzuladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEBoomTest.ino" target="_blank">Klicken Sie hier, um "BLEBoomTest.ino" herunterzuladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEThresholdTest.ino" target="_blank">Klicken Sie hier, um "BLEThresholdTest.ino" herunterzuladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BoomTest.ino" target="_blank">Klicken Sie hier, um "BoomTest.ino" herunterzuladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/ThresholdTest.ino" target="_blank">Klicken Sie hier, um "ThresholdTest.ino" herunterzuladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Featherbase.stl" target="_blank">Klicken Sie hier, um "Feder-Featherbase.stl" herunterladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathermid.stl" target="_blank">Klicken Sie hier, um "Feder-Feathermid.stl" herunterladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathertop.stl" target="_blank">Klicken Sie hier, um "Feder-Feathertop.stl" herunterladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Myo-Myobase.stl" target="_blank">Klicken Sie hier, um "Myo-Myobase.stl" herunterladen.</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Myo-Myolid.stl" target="_blank">Klicken Sie hier, um "Myo-Myolid.stl" herunterladen.</a>

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The Bionic Clicker Mark I & II

Ein Gerät wurde geschaffen, um die Elektromyographie-basierte Steuerung für ein Laienpublikum zu demonstrieren. Nach dem Erfolg des ersten Gerätes wurde ein zweites Gerät mit flexibler Funktionalität für Demonstrations- und Forschungszwecken. Dieses Protokoll beschreibt den Prozess des Aufbaus und beide Geräte kalibrieren.

Der bionische Clicker Mark I &amp; II

In this manuscript, we present two 'Bionic Clicker' systems, the first designed to demonstrate electromyography (EMG) based control systems for ...

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

The Bionic Clicker Mark I &amp; II

16.3K Aufrufe.  University College London. Ein Gerät wurde geschaffen, um die Elektromyographie-basierte Steuerung für ein Laienpublikum zu demonstrieren. Nach dem Erfolg des ersten Gerätes wurde ein zweites Gerät mit flexibler Funktionalität für Demonstrations- und Forschungszwecken. Dieses Protokoll beschreibt den Prozess des Aufbaus und beide Geräte kalibrieren.

Serie: The Bionic Clicker Mark I & II

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution. Traditionally, multiple experiments are run in parallel, with individual samples removed from the study at sequential time points for evaluation by light microscopy. Several intravital techniques have been developed, with confocal, multiphoton, and second harmonic microscopy all demonstrating their ability to be used for imaging in situ 1. With these systems, however, the required infrastructure is complex and expensive, involving scanning laser systems and complex light sources. Here we present a protocol for the design and assembly of a high-resolution microendoscope which can be built in a day using off-the-shelf components for under US$5,000. The platform offers flexibility in terms of image resolution, field-of-view, and operating wavelength, and we describe how these parameters can be easily modified to meet the specific needs of the end user.
We and others have explored the use of the high-resolution microendoscope (HRME) in in vitro cell culture 2-5, in excised 6 and living animal tissues 2,5, and in human tissues in vivo 2,7. Users have reported the use of several different fluorescent contrast agents, including proflavine 2-4, benzoporphyrin-derivative monoacid ring A (BPD-MA) 5, and fluoroscein 6,7, all of which have received full, or investigational approval from the FDA for use in human subjects. High-resolution microendoscopy, in the form described here, may appeal to a wide range of researchers working in the basic and clinical sciences. The technique offers an effective and economical approach which complements traditional benchtop microscopy, by enabling the user to perform high-resolution, longitudinal imaging in situ.

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

In many biological and clinical situations it is advantageous to study cellular processes as they evolve in their native microenvironment. Here we describe the assembly and use of a low-cost fiber-optic microscope which can provide real time imaging in cell culture, animal studies, and clinical patient studies.

Hochauflösende LWL-Mikroendoskopiesysteme für In situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

Forschung

Biotechnik

Organotypic Collagen I Assay: A Malleable Platform to Assess Cell Behaviour in a 3-Dimensional Context

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and metastasis of tumor cells. Migration has been studied on glass coverslips in order to make cellular dynamics amenable to investigation by light microscopy. However, it has become clear that many aspects of cell migration depend on features of the local environment including its elasticity, protein composition, and pore size, which are not faithfully represented by rigid two dimensional substrates such as glass and plastic 1. Furthermore, interaction with other cell types, including stromal fibroblasts 2 and immune cells 3, has been shown to play a critical role in promoting the invasion of cancer cells. Investigation at the molecular level has increasingly shown that molecular dynamics, including response to drug treatment, of identical cells are significantly different when compared in vitro and in vivo 4. 
Ideally, it would be best to study cell migration in its naturally occurring context in living organisms, however this is not always possible. Intermediate tissue culture systems, such as cell derived matrix, matrigel, organotypic culture (described here) tissue explants, organoids, and xenografts, are therefore important experimental intermediates. These systems approximate certain aspects of an in vivo environment but are more amenable to experimental manipulation such as use of stably transfected cell lines, drug treatment regimes, long term and high-resolution imaging. Such intermediate systems are especially useful as proving grounds to validate probes and establish parameters required to image the dynamic response of cells and fluorescent reporters prior to undertaking imaging in vivo 5. As such, they can serve an important role in reducing the need for experiments on living animals.

A method is described for the preparation of a 3-dimensional matrix consisting of collagen type I and primary human fibroblasts. This organotypic gel serves as a useful substrate to assess invasive cell migration because it mimics basic features of tissue stroma and is amenable to many forms of microscopy.

Organotypische Collagen I Assay: A Temperguss Platform to Cell Verhalten in 3-Dimensional Kontext beurteilen

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and ...

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

The micropipette adhesion assay was developed in 1998 to measure two-dimensional (2D) receptor-ligand binding kinetics1. The assay uses a human red blood cell (RBC) as adhesion sensor and presenting cell for one of the interacting molecules. It employs micromanipulation to bring the RBC into contact with another cell that expresses the other interacting molecule with precisely controlled area and time to enable bond formation. The adhesion event is detected as RBC elongation upon pulling the two cells apart. By controlling the density of the ligands immobilized on the RBC surface, the probability of adhesion is kept in mid-range between 0 and 1. The adhesion probability is estimated from the frequency of adhesion events in a sequence of repeated contact cycles between the two cells for a given contact time. Varying the contact time generates a binding curve. Fitting a probabilistic model for receptor-ligand reaction kinetics1 to the binding curve returns the 2D affinity and off-rate.
The assay has been validated using interactions of Fc&gamma; receptors with IgG Fc1-6, selectins with glycoconjugate ligands6-9, integrins with ligands10-13, homotypical cadherin binding14, T cell receptor and coreceptor with peptide-major histocompatibility complexes15-19.
The method has been used to quantify regulations of 2D kinetics by biophysical factors, such as the membrane microtopology5, membrane anchor2, molecular orientation and length6, carrier stiffness9, curvature20, and impingement force20, as well as biochemical factors, such as modulators of the cytoskeleton and membrane microenvironment where the interacting molecules reside and the surface organization of these molecules15,17,19.
The method has also been used to study the concurrent binding of dual receptor-ligand species3,4, and trimolecular interactions19 using a modified model21.
The major advantage of the method is that it allows study of receptors in their native membrane environment. The results could be very different from those obtained using purified receptors17. It also allows study of the receptor-ligand interactions in a sub-second timescale with temporal resolution well beyond the typical biochemical methods.
To illustrate the micropipette adhesion frequency method, we show kinetics measurement of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) functionalized on RBCs binding to integrin &alpha;L&beta;2 on neutrophils with dimeric E-selectin in the solution to activate &alpha;L&beta;2.

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

An adhesion frequency assay for measuring receptor-ligand interaction kinetics when both molecules are anchored on the surfaces of the interacting cells is described. This mechanically-based assay is exemplified using a micropipette-pressurized human red blood cell as adhesion sensor and integrin &alpha;L&beta;2 and intercellular adhesion molecule-1 as interacting receptors and ligands.

Adhesion Frequency-Assay für In Situ Kinetics Analyse der Cross-Junktionaler Molecular Interactions an der Zell-Zell-Schnittstelle

The micropipette adhesion assay was developed in 1998 to measure two-dimensional (2D) receptor-ligand binding kinetics1. The assay uses a human red blood ...

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment 1,2 . These materials are desirable because they possess highly controllable dimensional and material characteristics, are biocompatible and promote cell adhesion, can be modified through topographic patterning or by chemically altering the surface, and can be used as a depot for biologically active molecules for drug delivery related applications 3-8 . In addition, silk films are relatively straightforward to custom design, can be designed to dissolve within minutes or degrade over years in vitro or in vivo, and are produce with the added benefit of being transparent in nature and therefore highly suitable for imaging applications 9-13. The culture system methodology presented here represents a scalable approach for rapid assessments of cell-silk film surface interactions. Of particular interest is the use of surface patterned silk films to study differences in cell proliferation and responses of cells for alignment 12,14 . The seeded cultures were cultured on both micro-patterned and flat silk film substrates, and then assessed through time-lapse phase-contrast imaging, scanning electron microscopy, and biochemical assessment of metabolic activity and nucleic acid content. In summary, the silk film in vitro culture system offers a customizable experimental setup suitable to the study of cell-surface interactions on a biomaterial substrate, which can then be optimized and then translated to in vivo models. Observations using the culture system presented here are currently being used to aid in applications ranging from basic cell interactions to medical device design, and thus are relevant to a broad range of biomedical fields.

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are a novel class of biomaterials readily customizable for an array of biomedical applications. The presented silk film culture system is highly adaptable to a variety of in vitro analyses. This system represents a biomaterial design platform offering in vitro optimization before direct translation to in vivo models.

Silk Film Culture-System für In-vitro- Analyse und Design-Biomaterial

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

Musterbildung auf Photolithographische Definierte Parylene-C: SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Substrate

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Typ I-Kollagen aus der Haut

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

In vivo and In vitro Rearing of Entomopathogenic Nematodes (Steinernematidae and Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (EPN) (Steinernematidae and Heterorhabditidae) have a mutualistic partnership with Gram-negative Gamma-Proteobacteria in the family Enterobacteriaceae. Xenorhabdus bacteria are associated with steinernematids nematodes while Photorhabdus are symbionts of heterorhabditids. Together nematodes and bacteria form a potent insecticidal complex that kills a wide range of insect species in an intimate and specific partnership. Herein, we demonstrate in vivo and in vitro techniques commonly used in the rearing of these nematodes under laboratory conditions. Furthermore, these techniques represent key steps for the successful establishment of EPN cultures and also form the basis for other bioassays that utilize these organisms for research. The production of aposymbiotic (symbiont&#8211;free) nematodes is often critical for an in-depth and multifaceted approach to the study of symbiosis. This protocol does not require the addition of antibiotics and can be accomplished in a short amount of time with standard laboratory equipment. Nematodes produced in this manner are relatively robust, although their survivorship in storage may vary depending on the species used. The techniques detailed in this presentation correspond to those described by various authors and refined by P. Stock&#8217;s Laboratory, University of Arizona (Tucson, AZ, USA). These techniques are distinct from the body of techniques that are used in the mass production of these organisms for pest management purposes.

In vivo and In vitro Rearing of Entomopathogenic Nematodes Steinernematidae and Heterorhabditidae

The goal of this presentation is to demonstrate in vivo and in vitro techniques for the rearing of entomopathogenic nematodes. In vivo methods consider the rearing of these nematodes with an insect host, whereas the in vitro methods utilize rich agar media.

In-vivo-und In-vitro-Aufzucht von Nematoden (Steinernematidae und Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (EPN) (Steinernematidae and Heterorhabditidae) have a mutualistic partnership with Gram-negative Gamma-Proteobacteria in the ...

Delivery of Therapeutic siRNA to the CNS Using Cationic and Anionic Liposomes

Prion diseases result from the misfolding of the normal, cellular prion protein (PrPC) to an abnormal protease resistant isomer called PrPRes. The emergence of prion diseases in wildlife populations and their increasing threat to human health has led to increased efforts to find a treatment for these diseases. Recent studies have found numerous anti-prion compounds that can either inhibit the infectious PrPRes isomer or down regulate the normal cellular prion protein. However, most of these compounds do not cross the blood brain barrier to effectively inhibit PrPRes formation in brain tissue, do not specifically target neuronal PrPC, and are often too toxic to use in animal or human subjects. 
We investigated whether siRNA delivered intravascularly and targeted towards neuronal PrPC is a safer and more effective anti-prion compound. This report outlines a protocol to produce two siRNA liposomal delivery vehicles, and to package and deliver PrP siRNA to neuronal cells. The two liposomal delivery vehicles are 1) complexed-siRNA liposome formulation using cationic liposomes (LSPCs), and 2) encapsulated-siRNA liposome formulation using cationic or anionic liposomes (PALETS). For the LSPCs, negatively charged siRNA is electrostatically bound to the cationic liposome. A positively charged peptide (RVG-9r [rabies virus glycoprotein]) is added to the complex, which specifically targets the liposome-siRNA-peptide complexes (LSPCs) across the blood brain barrier (BBB) to acetylcholine expressing neurons in the central nervous system (CNS). For the PALETS (peptide addressed liposome encapsulated therapeutic siRNA), the cationic and anionic lipids were rehydrated by the PrP siRNA. This procedure results in encapsulation of the siRNA within the cationic or anionic liposomes. Again, the RVG-9r neuropeptide was bound to the liposomes to target the siRNA/liposome complexes to the CNS. Using these formulations, we have successfully delivered PrP siRNA to AchR-expressing neurons, and decreased the PrPC expression of neurons in the CNS.

The goal of this protocol is to use cationic/anionic liposomes with a neuro-targeting peptide as a CNS delivery system to enable siRNA to cross the BBB. The optimization of a delivery system for treatments, like siRNA, would allow for more treatment options for prion and other neurodegenerative diseases.

Abgabe von therapeutischen siRNA an das ZNS mit kationischen und anionische Liposome

Prion diseases result from the misfolding of the normal, cellular prion protein (PrPC) to an abnormal protease resistant isomer called PrPRes.  The ...

Determination of Zeta Potential via Nanoparticle Translocation Velocities through a Tunable Nanopore: Using DNA-modified Particles as an Example

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and nanoparticles. Tunable resistive pulse sensing (TRPS) is a relatively recent adaptation to RPS that incorporates a tunable pore that can be altered in real time. Here, we use TRPS to monitor the translocation times of DNA-modified nanoparticles as they traverse the tunable pore membrane as a function of DNA concentration and structure (i.e., single-stranded to double-stranded DNA).
TRPS is based on two Ag/AgCl electrodes, separated by an elastomeric pore membrane that establishes a stable ionic current upon an applied electric field. Unlike various optical-based particle characterization technologies, TRPS can characterize individual particles amongst a sample population, allowing for multimodal samples to be analyzed with ease. Here, we demonstrate zeta potential measurements via particle translocation velocities of known standards and apply these to sample analyte translocation times, thus resulting in measuring the zeta potential of those analytes.
As well as acquiring mean zeta potential values, the samples are all measured using a particle-by-particle perspective exhibiting more information on a given sample through sample population distributions, for example. Of such, this method demonstrates potential within sensing applications for both medical and environmental fields.

Here we use a polyurethane tunable nanopore integrated into a resistive pulse sensing technique to characterize nanoparticles surface chemistry via the measurement of particle translocation velocities, which can be used to determine the zeta potential of individual nanoparticles.

Bestimmung des Zetapotentials über Nanoparticle Translokation Geschwindigkeiten durch eine Tunable Nanopore: Die Verwendung von DNA-modifizierten Partikel als Beispiel

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and ...

The Organoid Reconstitution Assay (ORA) for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

The intestinal epithelium is characterized by an extremely rapid turnover rate. In mammals, the entire epithelial lining is renewed within 4 - 5 days. Adult intestinal stem cells reside at the bottom of the crypts of Lieberk&#252;hn, are earmarked by expression of the Lgr5 gene, and preserve homeostasis through their characteristic high proliferative rate1. Throughout the small intestine, Lgr5+ stem cells are intermingled with specialized secretory cells called Paneth cells. Paneth cells secrete antibacterial compounds (i.e., lysozyme and cryptdins/defensins) and exert a controlling role on the intestinal flora. More recently, a novel function has been discovered for Paneth cells, namely their capacity to provide niche support to Lgr5+ stem cells through several key ligands as Wnt3, EGF, and Dll12.
When isolated ex vivo and cultured in the presence of specific growth factors and extracellular matrix components, whole intestinal crypts give rise to long-lived and self-renewing 3D structures called organoids that highly resemble the crypt-villus epithelial architecture of the adult small intestine3. Organoid cultures, when established from whole crypts, allow the study of self-renewal and differentiation of the intestinal stem cell niche, though without addressing the contribution of its individual components, namely the Lgr5+ and Paneth cells.
Here, we describe a novel approach to the organoid assay that takes advantage of the ability of Paneth and Lgr5+ cells to associate and form organoids when co-cultured. This approach, here referred to as &#34;organoid reconstitution assay&#34; (ORA), allows the genetic and biochemical modification of Paneth or Lgr5+ stem cells, followed by reconstitution into organoids. As such, it allows the functional analysis of the two main components of the intestinal stem cell niche.

The Organoid Reconstitution Assay ORA for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

Intestinal organoid cultures are established from whole crypts and do not allow the analysis of self-renewal and differentiation in a cell-specific fashion. This protocol describes reconstitution of sorted stem (Lgr5+) and niche (Paneth) cells, which give rise to organoids while enabling their prior biochemical and genetic modification and functional analysis.

Die organoide Rekonstitution Assay (ORA) für die funktionelle Analyse von intestinale Stammzellen und Nische Zellen

The intestinal epithelium is characterized by an extremely rapid turnover rate. In mammals, the entire epithelial lining is renewed within 4 - 5 days. ...