Didelės galios impulsų formuotuvo elektroporacijai tyrimas
Umbrasas, Nerijus | Elektrotechnikos katedra |
Baigiamajame magistro darbe ištirtas nanosekundinių elektrinių impulsų generatorius naudojamas biologinių ląstelių elektroporacijai. Generatorius naudoja optiniu būdu valdomą dujų kibirkšteklį, kuris sužadinamas 1062 nm bangos ilgio šviesos impulse. Trukmė 0,45 ns, o energija 1-mJ. Generatorius galėjo generuoti elektrinius impulsus naudojant savaiminio sužadinimo režimą. Jis 75 Ω banginės varžos aukšto dažnio perdavimo linijoje generuodavo stačiakampio formos elektrinius impulsus turinčius apie 0,5 ns užaugimo trukmę ir 10, 40, 60 bei 92 ns ilgį. Maksimali tokių impulsų amplitudė buvo 12,5 kV. Buvo nustatyta, jog pagrindinis optinio sužadinimo privalumas prieš savaiminio sužadinimo režimą yra tas, kad optiniu būdu galima labai tiksliai numatyti generuojamų impulsų amplitudę. Biologinių ląstelių elektroporacijai buvo panaudota speciali 0,03 ml aktyvaus tūrio kiuvetė, kurioje atstumas tarp elektrodų buvo 1 mm, o jų plotas siekė 28,3 mm2. Elektroporacija buvo tyrinėta su žmogaus eritrocitais. Buvo nustatyta, jog naudojant 40-92 ns ilgio impulsus, elektrinis laukas reikalingas elektroporuoti 50 % ląstelių kito nuo 20 kV/cm iki 65 kV/cm. Tyrimai su žmogaus eritrocitais parodė, jog naudojant optinį kibirkšteklio sužadinimo režimą galima ženkliai sumažinti elektroporuotų ląstelių dalies nustatymo paklaidą, lyginant su atveju, kai naudojamas savaiminio sužadinimo režimas. Darbą sudaro 5 dalys: įvadas, analitinė dalis, tiriamoji dalis išvados, literatūros sąrašas. Darbo apimtis - 40 p. teksto be priedų, 28 iliustr., 2 lent., 32 bibliografiniai šaltiniai.
In final master thesis the nanosecond electric pulse generator designed for the electroporation of biological cells suspended in a liquid media was investigated. It is based on a spark-gap switch, which is optically triggered by a 0,45 ns duration and 1-mJ energy laser pulse (wavelength 1062 nm). The generator can also be triggered manually by changing the distance between the spark-gap electrodes. It is able to generate in a 75 Ohm impedance transmission line near-perfect, square-shaped electric pulses (rise and fall times < 0,5 ns) with durations of 10, 40, 60 or 92 ns. The maximal amplitude of such pulses is 12,5 kV. It was obtained that the main advantage of this generator is its ability to generate single pulses, the amplitude and duration of which can be precisely set in advance. To treat the cells, a coaxial cuvette with a 0,03 ml active volume and a 1 mm distance between the 28,3 mm2 circular-shaped electrodes was used. The system was tested on human erythrocytes. It was demonstrated that for the 92-ns and 40 ns duration pulse, the amplitude required to electroporate 50 % of the cells was 20 kV/cm and 65 kV/cm, respectively. The investigation of the nanoporation process performed on human erythrocytes has also shown that when compared to the self-breakdown mode, the light triggering regime makes it possible to significantly decrease the error obtained when determining the fraction of electroporated cells. Structure: introduction, analytical part, research part, conclusions, references. Thesis consist of: 40 p. text without appendixes, 28 pictures, 2 tables, 32 bibliographical entries.