Wir induzieren elektrisch Herzinfarkte bei Fruchtfliegen, um die Auswirkungen verschiedener Behandlungen auf das Überleben zu testen. Wir streben in unserer Kontrollgruppe eine Überlebensrate von ca. 50% an.
Ich arbeite mit einem Labor zusammen, das die Herzfunktion bei Insekten untersucht. Wir haben einen Herzstillstand mit Elektroden induziert, die an der Außenseite der Fruchtfliege angebracht sind. Dies hat eine Menge Probleme, das Anbringen der Elektroden ist arbeitsintensiv, der Panzer ist ein ziemlich guter elektrischer Isolator usw.
Ich bin neu im Labor und wurde gebeten, einen Blick auf die Situation zu werfen, um festzustellen, ob ich Ideen hatte, wie sie das Handling und den Durchsatz von Fliegen verbessern könnten. Ich hatte die Idee, die Fliegen in ein Solenoid zu stecken und Wirbelströme zu induzieren, um sie zu schockieren.
Ich habe nur sehr wenig Erfahrung mit dem Bau elektronischer Geräte, obwohl ich ein gutes Verständnis für Physik einschließlich Elektromagnetismus habe.
Ich weiß nicht wirklich, wo ich hier anfangen soll. Ich dachte nur daran, online nach Elektromagneten zu suchen, oder vielleicht nur nach einer Fahrzeugspule. Die Fruchtfliege in ein Röhrchen stecken. Stecken Sie es in den Kern der Spule, nachdem die Spule bereits mit Strom aus einer Autobatterie betrieben wird. Und dann einfach plötzlich die Pole der Batterie abklemmen und das Magnetfeld zusammenbrechen lassen, um zu sehen, was mit der Fruchtfliege passiert.
Ich würde es zu diesem Zeitpunkt für einen Sieg halten, wenn ich nur zeigen könnte, dass wir die Fruchtfliege zum Sterben bringen könnten, ohne sie tatsächlich zu kochen. Wir können die Intensität des Magnetfelds, das wir zusammenbrechen, mit niedrigeren Spannungen durch die Spule systematisch verringern, bis wir das Ziel erreichen, einen Schockpegel, der eine Überlebensrate von etwa 50% erzeugt.
Ich würde mich über Ratschläge oder Kritik freuen, ob es funktionieren würde. Ich bin ein Elektronik-Hobbyist, habe aber nicht so viel gemacht, nur ein paar grundlegende Dinge.
Dies ist ein Beispiel für das physikalische Prinzip, über das ich spreche, obwohl unser Problem einfacher ist, da wir einen einzelnen störenden Schock wollen und keine Portabilitätsprobleme haben.
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Antworten:
Elektrokardiale Funktionen sind reine chemische potentielle Aktivitäten ohne magnetisches Feld. Dies liegt daran, dass das Material hauptsächlich ein Isolator ist, der alle Dielektrika beschreibt, mit einer Dielektrizitätskonstante, einem effektiven Serienwiderstand (ESR) und einer Dielektrizitätskonstante, die der Zeit entspricht und daher eine bestimmte Energie erfordert Level ohne Schaden zu aktivieren.
Der ESR ist verantwortlich für die gesamte Wärme in Kondensatoren sowie für Hautverbrennungen durch den ESR zwischen den Elektroden und der Herzfunktion.
Das Ziel muss es also sein, die ESR zu minimieren, die möglicherweise das 1000-fache (Schätzwert) der Energie auf der Brust eines Menschen im Vergleich zu direkt auf dem Herzmuskel in der Operation benötigt. Daher ist eine Dämpfung beim Menschen selbst bei großen Paddeln und dielektrischem Fett mit hohem k-Wert unvermeidbar. Ein ähnliches Problem besteht für Sie bei Insekten, das durch die winzige Oberfläche erheblich erschwert wird.
Das Eintauchen in das Dielektrikum würde sehr helfen, aber möglicherweise das Insekt ertränken. Der Anstieg ist eine hohe Amplitude, die aufgrund des niedrigen ESR der Grenzflächenionisation und des ESR * Ceq sehr schnell abfällt. für die äquivalente Kapazität der Entladungseinheit und des Targets, die parallel kombiniert werden.
Die gewünschte Lösung besteht darin, die Speicherkapazität und -spannung einschließlich der Kabel mit 50pf / m Typ für Twisted Pair zu verwenden, aber eine höhere Spannung zu verwenden, die die Durchschlagspannung (BDV) des Panzers überschreitet .
Die Energie in jeder Kapazität einschließlich des 300pF-Mensch-Finger-Modells beträgt E = 1 / 2CV ^ 2 in Joule, Farad und Volt. Ein Finger mit 10 kV von einem Nylonteppich mit Neoprenschuhen ist also 10 mm von einem dünnen Draht mit etwa 300 pF entfernt. E = 1/2 300e-12 * 1e4 ^ 2 = 15 mJ
Möglicherweise benötigen Sie nur 1 kV mit 1 mJ, um BDV zu überschreiten, eine Herzfunktion oder ein Herzversagen auszulösen und kein frittiertes Protein herzustellen.
Mikrowellenimpulse sind nicht dasselbe wie eine Kapazitätsentladung, da die Speicherkapazität dazu neigt, zu hoch zu sein, um eine ausreichend hohe BDV zu erhalten. Obwohl 1 kW Mikrowellenherd 10 kV erzeugen kann, ist es zu viel Energie.
Ich vermute, dass der BDV des Insekts 1 bis 10 kV / mm (Schätzung) beträgt, wie feuchtes Holz (nicht trocken), aber kein Glimmer oder Kapton, der einen viel höheren kV / mm hat. Ich glaube, der pH-Wert wird mit größter Wahrscheinlichkeit die Eigenschaften des BDV / mm-Panzermaterials bestimmen, da dies die Teilentladung fördert, eine frühe Vorstufe von BDV.
So erhalten einen Reibungsladungsgenerator und machen einige kleine Folienhaube oder Glimmer Bereich von Kapitälchen pF bis 1 kV bis Ladung xxx dann Test auf feuchtem Holz gleicher Größe wie Flugkörper. Wenn der Lichtbogen ~ 1 mm lang ist, beobachten Sie die Reaktion und stellen Sie C oder V ein, um die Kräfte eines Zahnstochers und der Elektrodennadelköpfe auf die Seite abzustimmen und festzustellen, ob er versucht, sich mit dem Impulsstrom in 1 us zu drehen. Die Strommessungs-Rs können in Reihe mit einer 10: 1-Sonde über 1 kV R mit 0,1 Ohm verwendet werden, aber die Sondenmasse und -spitze müssen entfernt und direkt mit der Sondenspitze und dem Zylinder verdrahtet werden. Sonst klingelt es schlecht.
Nun, das würde ich tun. Der Ladevorgang könnte mit einem technischen Berater sicher durchgeführt werden.
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Für den "HF-Generator" stelle ich mir so etwas vor:
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Ich habe es mit einem spannungsgesteuerten Schalter anstelle der Funkenstrecke gemacht, damit es in CircuitLab für Sie simuliert werden kann. Wenn Sie den Stromkreis öffnen, klicken Sie auf [Simulation] und dann auf [Zeitbereich]. Stellen Sie die Startzeit auf 113.2n, die Endzeit auf 113.7n und den Zeitschritt auf 3p ein, um eine Schätzung der Ausgangswellenform zu erhalten ... viele ungleichmäßig verteilte Spitzen (was zu Tonnen von Harmonischen führt), gefolgt von einer gedämpften Sinus von ca. 8GHz.
Wenn Sie einen Feed aus der dargestellten Antenne an einen Wellenleiter Einspeisungspunkt befestigen, werden alle Fruchtfliegen (oder wahrscheinlich irgendwelche kleine Insekten) innerhalb irgendeines Teils des qaveguide platziert sollte recht einfach mit einer tödlichen Menge an HF - Belastung zu dosieren, IMHO!
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Ich bezweifle, dass Sie aus mehreren Gründen direkt einen Herzinfarkt in dieser Struktur auslösen können:
Wissen Sie, was der spezifische Mechanismus des Herzinfarkts für den aktuellen Prozess ist? Es wäre sehr hilfreich zu wissen, ob Sie eine Arrhythmie verursachen oder die Muskeln kauterisieren.
Das heißt, Sie könnten Erfolg haben, wenn Sie eine Mikroelektrode in der Nähe der Zellen anbringen, die für die Auslösung der Kontraktion verantwortlich sind, wenn Fruchtfliegen diese haben. Die Rückelektrode muss eine große Oberfläche haben, damit die Stromdichte mit dem Abstand von der kleinen Elektrode schnell abnimmt. Eine leitfähige Flüssigkeit könnte eine gute Wahl sein. In einer solchen Konfiguration können Sie die kauterisierte Zone einschränken.
In einem menschlichen Herzen ist der Sinusknoten ein kleiner Zellklumpen, der jeden Herzschlag auslöst. Wenn die Fruchtfliege eine ähnliche Struktur aufweist, kann ein Strom, der sehr nahe an der Fruchtfliege angelegt wird, um diese Zellen zu kauterisieren, die Herzaktion stoppen, ohne dass andere Gewebe zu stark geschädigt werden. (Säugetiere haben tatsächlich eine Hierarchie von Schrittmacherzellen, die nach und nach die Kontrolle übernehmen, wenn die Zellen in der Kette ausfallen. Ich würde vermuten, dass Fruchtfliegen diese Raffinesse nicht haben.)
In jedem Fall sollten Sie einige gekochte Fliegen einplanen, während Sie die Details ausarbeiten. Viel Glück!
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