دانشکده مهندسي پزشکي

سمينار کارشناسي ارشد- مدل سازي سيستم هاي بيولوژيکي

مدل سازي الکتريکي واسطه الکترود-سلول براي ثبت فعاليت الکتريکي آرايه هاي

ميکروالکترود با تراکم باالاستاد مربوطه:

دکتر توحيدخواهدانشجو:

مريم سعيدي

فهرست مطالبمقدمه

مدل نقطه تماسمدل سطح تماس

الکترود با نوک سه بعدينتيجه گيري

پيشنهاد

مقدمه آرايه هاي ميکرو الکترود

آرايه هاي ميکروالکترود MEAs در تحقيقات مشاهده رفتار يک تايالسدالکتروفيزيولوژي

الکترون تا آناليز هم زمان مجموعه سلول هاي عصبي

مناسب نبودنMEAS الي 10اندازه الکترودي ) تجاري

50 μm 100 و فاصله بين الکترودي باالتر از μm در برابر اندازه براي يک سلول عصبي(μm 10نوعي

7.8اندازه گامي به کوچکي ) آرايه هاي جديد μm با قطر الکترود 4.5 μmآزمايشات الکتروفيزيولوژيکي را در حد ( دارد

امکان پذير مي سازد.زير سلولي

مقدمهMEAsاهميت مدل هاي الکتريکي براي

نياز به مدل براي توسعه و پشتيباني از طراحيMEAs

MEAsانواع مدل هاي الکتريکي براي

مدل نقطه تماس

مدل سطح- تماسي که توزيع فضايي نياز به مشخصات الکتريکي راX در نظر مي گيرد

مدل استاندارد براي توصيف مشخصات الکتريکي سطح مشترک الکترود – سلول

دقت کافي براي مدل کردن ويژگي نداشتن هاي الکتريکي سطح مشترک در حد زير

سلولي

مدل نقطه-تماس

غشاي سلولمدل شامل خازن موازي

با جريان

مدل نقطه-تماسغشاي سلولمدل

مدل واسطه سلول- الکترودهنگامي که هيچ سلولي در باالي •

الکترود نباشد مقاومت بين الکترود و صورت الکترود مخالف به

که به صورت سه اليه chd خازن •خازني سري

Ch1 خازن بين سطح غشا و اوليناز يون هاي بدون آب اليهCh2 خازن بين اليه ي يون هاي بدون

آب و اليه دوم از يون هاي آبديدهخازن اليه انتشار Cdو

مدل نقطه-تماس

مدل نقطه-تماسغشاي سلولمدل

مدل واسطه سلول- الکترود

مدل الکترود

,. که ZCPAامپدانس با زاويه فاز ثابت بيان کننده خازن واسطه است موازي

, Rctبا مقاومت انتقال بار الکتريکي

مدل نقطه-تماس تابع تبديل سيستم

H(jω)=VS(jω)/VM(jω)

مدل نقطه-تماس نمودار بودتابع تبديل

Hm(jω)=VI(jω)/VM(jω) و

He(jω)=VS(jω)/VI(jω).

مدل نقطه-تماس اندازه تابع تبديلH(jω) بر حسب شعاع

الکترود

مدل نقطه-تماس اندازه تابع تبديلH(jω) بر حسب شعاع

الکتروداندازه ي الکترود بايد به اندازه کافي بزرگ باشد تا يک افت ولتاژ کوچک

تا VS(jω)مناسب بين VM(jω).بدست آيد

مدل نقطه-تماس اندازه تابع تبديلH(jω) بر حسب شعاع

الکترود

H(jω)ابع تبديل اندازه تبراي شعاع الکترودي

به طور 1کمتر از چشمگيري کاهش مي

ن ، براي ييابد.عالوه بر ا، 5قطر بزرگتر از

افزايش اندازه ي الکترود اثر قابل توجهي روي

.افت ولتاژ نمي گذارد

مدل سطح-تماسويژگي هاي الکتريکي واسطه الکترود-سلول توصيف : هدف

درسطح ريز سلولي هنگام ثبت فعاليت الکترکي سلول عصبي

ولتاژ واسطه الکترود- سلول در واسطه الکترود- VI(r,jω)ابتدا ولتاژ فاصله تا مرکز سلول است rسلول که

شود. الکترود در نظر گرفته ميدون ب

مدل سطح-تماسويژگي هاي الکتريکي واسطه الکترود-سلول توصيف : هدف

درسطح ريز سلولي هنگام ثبت فعاليت الکترکي سلول عصبي

ولتاژ واسطه الکترود- سلول در واسطه الکترود- VI(r,jω)ابتدا ولتاژ فاصله تا مرکز سلول است rسلول که

شود. الکترود در نظر گرفته ميدون ب

مدل سطح-تماس تعريف المان هاي مدار

cm(r)=cmem∂Ace

∂Ace=2πr∂r

مدل سطح-تماس با نوشتن معادالت در حوزه الپالس

VI/VM در برابر فاصله از مرکز VMسلول براي فرکانس هاي مختلف

(100 Hz to 10 kHz) متناسب با محدودهفرکانسي فعاليت عصبي است.

در nm 70فاصله الکترود- سلول نظر گرفته شده است.

مدل سطح-تماس در مرکز سلول ماکزييمم و در VI(r,s)از آنجا که انتظار مي رود

لبه سلول مينيمم است

مدل سطح-تماستابع تبديل سيستم براي الکترودي که در مرکز سلول قرار گرفته است.

براي يک الکترود دايره اي مدار معادل الکترود به شکل زير است

مدل سطح-تماستابع تبديل سيستم براي الکترودي که در مرکز سلول قرار گرفته است.

H(s)=VS(s)/VM(s)

در برابر شعاع H(s)نمودارهاي الکترود باال: به ازاي فرکانس

هاي مختلف پايين : به ازاي بارهاي خازني مختلف

مدل سطح-تماستابع تبديل سيستم براي الکترودي که در مرکز سلول قرار گرفته است.

بر اثXر قابXل توجهي فرکانXس روي اندازه الکترود بهينXه نمي بسيار بار خازن بXه امXا گذارد وابسXته اسXت. اثر خازن براي تر قوي کوچکتXر الکترودهاي اسXت ايXن اطالعات براي بخش

يXک کننده مفيد MEAتقويXت است

الکترود با نوک سه بعدي براي اين الکترود مدل سطح تماس مناسب است

طبق روش به کار رفته در مورد الکترودهاي سطحي ولتاژ واسطه

براي سلولي VI(r,s)الکترود-سلول که در مرکز نوک يک مخروط سه

بعدي قرار گرفته ايجاد مي شود.

الکترود با نوک سه بعدي

الکترود مدار ا در نظر نگرفتنببه صورت شکل مقابل معال غشا

است (zm(r) شامل chd(r) سري با rm(r)//cm(r). Hc

(شعاع قاعده آن است. Rcارتفاع مخروط ، و

الکترود با نوک سه بعدي

VI/VM در برابر فاصله از مرکز سلول براي فاصله هاي الکترود-

. سلول مختلف

الکترود با نوک سه بعدي

. بدست آمده با توپولوژي سه VI(r,s)افزايش 1.بعدي در مقايسه با آنچه که با سطح صاف بدست

dB 3–2آمده است. اين افزايش تقريبا برابر است و متناسب با سطح بزرگتر غشا مورد نظر

است. . است اين Rc کوچکتر از r. براي VI(r,s)افزايش 2.

افزايش به علت کاهش فاصله الکترود – سلول در اطراف نوک ساختار سه بعدي است که اين

در نوک dB 40–30افزايش مي تواند به بزرگي ( dtip=0اگر سلول در تماس نوک سطح سه بعدي )

. باشد

بعدي دو اثر 3نوک روي ولتاژ الکترود –

. دارد. VI(r,s)سلول

الکترود با نوک سه بعدي

Vs/VM در برابر فاصله از مرکز سلول براي فاصله هاي الکترود-

. سلول مختلف

نتيجه طراحي درMEAs بهره از نتايج اين مدل ها تا حد زيادي مي تواند

کردبرداري

محدوديت فضايي شديدي به طراحي اعمال نشود قطر چ ر هيگ اتاژ لالکترود مناسب به منظور بدست آوردن ماکزيمم دامنه و

آيد.مي بدست VS(s)اندازه گيري شده

3 افزايش سبب در اين پيکربندي الکترود سه بعدي dB در دامنه تابع تبديل سيستم در مقايسه با الکترودهاي صفحه اي مي

شود

در هر حال هنگام طراحي يک MEA با تراکم باال اندازه الکترود که نياز به مي تواند با فضاهاي بين الکترودي کوچک محدود شود.

يک مصالحه است

پيشنهاد

اندازه گيري الکتريکي بر روي الزم است کهMEAs ها ساخته شده انجام شود و با مدل ارائه شده مقايسه شود که در اين

مقاله به آن پرداخته نشده است.

?