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Bioengineering

एक सेलुलर इलेक्ट्रिक माइक्रोएनवायरमेंट का परिमित तत्व मॉडलिंग

Published: May 18, 2021 doi: 10.3791/61928
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1,3
1Department of Materials, Faculty of Science and Engineering, The University of Manchester, 2Department of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, Faculty of Science and Engineering, The University of Manchester, 3The Henry Royce Institute, Royce Hub Building, The University of Manchester

Summary

यह पेपर एक इलेक्ट्रिक फील्ड (ईएफ) के संपर्क में आने वाली रेशेदार प्रवाहकीय सामग्रियों के परिमित तत्व मॉडल बनाने के लिए एक रणनीति प्रस्तुत करता है। मॉडल का उपयोग विद्युत इनपुट का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है जो ऐसी सामग्रियों में वरीयता प्राप्त कोशिकाओं को पीपाड़ के घटक सामग्री गुणों, संरचना या अभिविन्यास को बदलने के प्रभाव का आकलन करता है।

Abstract

नैदानिक अध्ययन विद्युत उत्तेजना (ईएस) को विभिन्न ऊतकों के उपचार और पुनर्जनन के लिए एक संभावित चिकित्सा बताते हैं। विद्युत क्षेत्रों के संपर्क में आने पर सेल प्रतिक्रिया के तंत्र को समझना इसलिए नैदानिक अनुप्रयोगों के अनुकूलन का मार्गदर्शन कर सकता है। इन विट्रो प्रयोगों का उद्देश्य उन लोगों को उजागर करने में मदद करना है, जो व्यापक इनपुट और आउटपुट रेंज के लाभ की पेशकश करते हैं जिन्हें नैतिकता की दृष्टि से और प्रभावी ढंग से मूल्यांकन किया जा सकता है। हालांकि, इन विट्रो प्रयोगों में प्रगति नैदानिक सेटिंग्स में सीधे पुन: पेश करना मुश्किल है। मुख्य रूप से, ऐसा इसलिए है क्योंकि विट्रो में उपयोग किए जाने वाले ईएस उपकरण रोगी उपयोग के लिए उपयुक्त लोगों से काफी भिन्न होते हैं, और इलेक्ट्रोड से लक्षित कोशिकाओं तक का रास्ता अलग होता है। वीवो प्रक्रियाओं में इन विट्रो परिणामों का अनुवाद करना इसलिए सीधा नहीं है। हम इस बात पर जोर देते हैं कि सेलुलर माइक्रोएनवायरमेंट की संरचना और भौतिक गुण वास्तविक प्रयोगात्मक परीक्षण स्थितियों में एक निर्धारित भूमिका निभाते हैं और सुझाव देते हैं कि प्रभार वितरण के उपायों का उपयोग इन विट्रो और वीवो के बीच के अंतर को पाटने के लिए किया जा सकता है। इस पर विचार करते हुए, हम दिखाते हैं कि कैसे सिलिको परिमित तत्व मॉडलिंग (FEM) में सेलुलर माइक्रोएनवायरमेंट और इलेक्ट्रिक फील्ड (ईएफ) एक्सपोजर द्वारा उत्पन्न परिवर्तनों का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हम इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि शुल्क वितरण निर्धारित करने के लिए ज्यामितीय संरचना के साथ ईएफ जोड़े कैसे हैं। इसके बाद हम चार्ज मूवमेंट पर समय पर निर्भर जानकारियों का असर दिखाते हैं । अंत में, हम दो केस स्टडीज का उपयोग करके सिलिको मॉडल पद्धति में अपने नए की प्रासंगिकता प्रदर्शित करते हैं: (i) इन विट्रो रेशेदार पाली (3,4-एथिलेंडिऑक्सिथिओफेन) पॉली (स्टायरेसुलफोनेट) (पेडोट-पीएसएस) मचान और (ii) वीवो कोलेजन इन एक्स्ट्रासेलुलर मैट्रिक्स (ईसीएम) में।

Introduction

ES जैविक कोशिकाओं और ऊतकों को नियंत्रित करने के उद्देश्य से ईएफएस का उपयोग है। इसका तंत्र कोशिका के लिए स्थानांतरित शारीरिक उत्तेजना पर आधारित है जब बायोमॉलिक्यूल्स अंदर और आसपास के एक बाहरी रूप से उत्पन्न वोल्टेज ढाल के संपर्क में हैं। आवेशित कण कूलोम के कानून द्वारा शासित एक संगठित गति में लगे हुए हैं, जो बिना चार्ज किए गए कणों पर ड्रैग फोर्स पैदा करते हैं । जिसके परिणामस्वरूप द्रव प्रवाह और प्रभारी वितरण कोशिका गतिविधियों और कार्यों जैसे आसंजन, संकुचन, प्रवासन, अभिविन्यास, भेदभाव और प्रसार 1 को बदलदेता है क्योंकि सेल माइक्रोएनवायरमेंटल स्थितियों में बदलाव के अनुकूल होने का प्रयास करता है।

चूंकि ईएफ नियंत्रणीय, गैर-आक्रामक, गैर-औषधीय हैं और आवश्यक सेल व्यवहार पर प्रभावी प्रभाव डालते हैं, ईएस ऊतक इंजीनियरिंग और पुनर्योजी दवा के लिए एक मूल्यवान उपकरण है। इसका सफलतापूर्वक उपयोग तंत्रिका2,कंकाल3,हृदय की मांसपेशी4,हड्डी5 और त्वचा6 विकास का मार्गदर्शन करने के लिए किया गया है। इसके अलावा, जैसा कि यह आयनटोफोरेसिस 7 को बढ़ाता है, इसका उपयोग पारंपरिक औषधीय लोगों के लिए एक वैकल्पिक या पूरक उपचार के रूप में कियाजाताहै। दर्द प्रबंधन में इसकी कार्यकुशलता पर अभी भी बहस हो रही है क्योंकि उच्च गुणवत्ता वाले नैदानिक परीक्षणों की प्रतीक्षा8,9,10है . फिर भी , कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं बताया गया और इसमें रोगी कल्याण11 , 12,13,14,15में सुधार करनेकीक्षमता है ।

जबकि केवल नैदानिक परीक्षण एक प्रक्रिया की प्रभावकारिता के लिए एक निश्चित फैसला दे सकते हैं, इन विट्रो और सिलिको मॉडल में उम्मीद के मुताबिक ES उपचार के डिजाइन को सूचित करने के लिए आवश्यक हैं क्योंकि वे प्रयोगात्मक स्थितियों की एक व्यापक श्रृंखला पर मजबूत नियंत्रण प्रदान करते हैं। ईएस के जांच किए गए नैदानिक उपयोग हड्डी उत्थान16,17 , 18 ,19,सर्जरी के बाद अक्षीय उत्थान20,21,दर्द से राहत22,घाव भरने23 , 24,25और आयनोफोरहोरेचर ड्रगेटिक डिलीवरी26हैं । ईएस उपकरणों के लिए व्यापक रूप से सभी संभव लक्ष्य अनुप्रयोगों पर शुरू किया जाना है, नैदानिक परीक्षणों अभी तक कुशल उपचार के लिए मजबूत सबूत स्थापित करने के लिए है । यहां तक कि डोमेन में जहां दोनों वीवो पशु और मानव अध्ययन में लगातार सकारात्मक परिणामों की रिपोर्ट, रिपोर्ट तरीकों की बड़ी संख्या कैसे उन दोनों के बीच चयन करने के लिए और उच्च अधिग्रहण मूल्य ES उपकरणों27में निवेश से चिकित्सकों को रोकता है पर बहुत कम मार्गदर्शन के साथ मिलकर । इसे दूर करने के लिए, लक्ष्य ऊतक को अब ब्लैक बॉक्स (वीवो प्रयोगों की सीमा) के रूप में नहीं माना जा सकता है, लेकिन इसे कई उपप्रणालियों(चित्रा 1)के जटिल तालमेल के रूप में देखा जाना चाहिए।

वर्ष 28 , 29 , 30 ,32,33,33,34वर्षों में विट्रो में अनाधिकईएसप्रयोग किए गए हैं . इनमें से अधिकांश केवल उन दोनों के बीच की दूरी से विभाजित इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज ड्रॉप के माध्यम से ES की विशेषता है - विद्युत क्षेत्र परिमाण का एक मोटा सन्निकटन। हालांकि, इलेक्ट्रिक फील्ड ही आवेशित कणों को प्रभावित करता है, कोशिकाओं को सीधे नहीं । इसके अलावा, जब डिवाइस और कोशिकाओं के बीच कई सामग्रियों को इंटरपोस किया जाता है, तो किसी न किसी सन्निकटन को पकड़ नहीं सकता है।

इनपुट सिग्नल के बेहतर लक्षण वर्णन के लिए एक स्पष्ट दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है कि उत्तेजना को कोशिका में कैसे स्थानांतरित किया जाता है। ईएस देने के मुख्य तरीके प्रत्यक्ष, कैपेसिटिव और प्रेरक युग्मन35,36हैं। प्रत्येक विधि के लिए उपकरण इलेक्ट्रोड प्रकार (रॉड, प्लानर या घुमावदार) और लक्ष्य ऊतक (संपर्क या अलग में)35के सापेक्ष प्लेसमेंट के साथ भिन्न होते हैं। लंबे उपचार के लिए वीवो में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को पहनने योग्य होने की आवश्यकता होती है, इस प्रकार इलेक्ट्रोड और अधिकांश बार ऊर्जा स्रोत या तो प्रत्यारोपित होते हैं या त्वचा से घाव ड्रेसिंग या इलेक्ट्रोएक्टिव पैच के रूप में जुड़े होते हैं। उत्पन्न वोल्टेज ढाल उपचार क्षेत्र में आवेशित कणों को विस्थापित करता है।

चूंकि यह कोशिकाओं के आसपास के क्षेत्र में परिणामी आवेशित कण प्रवाह को प्रभावित करता है, इसलिए ईएस प्रोटोकॉल के डिजाइन में पाड़ संरचना अत्यंत महत्वपूर्ण है। यदि प्लेटफ़ॉर्म सामग्री, संश्लेषण तकनीक, संरचना या वोल्टेज ढाल परिवर्तन के सापेक्ष अभिविन्यास होता है तो विभिन्न चार्ज परिवहन विन्यास उत्पन्न होते हैं। वीवो में, आवेशित कणों की उपलब्धता और आवाजाही न केवल कोशिकाओं द्वारा बल्कि कोलेजन नेटवर्क और सहायक ईसीएम की रचना करने वाले इंटरस्टिशियल द्रव से भी प्रभावित होती है। इंजीनियर मचानों का उपयोग इन विट्रो 1,35में प्राकृतिक कोशिका माइक्रोएनवायरमेंट को बेहतर बनाने के लिए कियाजाताहै। समवर्ती, ईसीएम एक जटिल प्राकृतिक पाड़ है।

कृत्रिम मचान धातुओं पर आधारित हैं, पॉलीमर और कार्बन का संचालन करते हैं, जो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन औरदीर्घकालिक स्थिरता 36के साथ जैव अनुकूलता संतुलन पर ध्यान केंद्रित करते हैं। एक बहुमुखी पाड़ प्रकार इलेक्ट्रोस्पन रेशेदार चटाई है जो एक नियंत्रणीय नैनोस्केल स्थलाकृति प्रदान करता है। इसे ईसीएम के समान करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है, इस प्रकार समान यांत्रिक संकेत प्रदान करते हैं जो ऊतकों की एक विस्तृत श्रृंखला37के पुनर्जनन में सहायता करते हैं। ES को काफी प्रभावित करने के लिए, मैट को कुछ हद तक प्रवाहकीय होने की आवश्यकता है। हालांकि, प्रवाहकीय पॉलिमर इलेक्ट्रोस्पिन करना मुश्किल होता है और इन्सुलेट वाहकों के साथ सम्मिश्रण करना परिणामी फाइबर38की चालकता को सीमित करता है। एक समाधान एक डाइइलेक्ट्रिक फाइबर की सतह पर एक प्रवाहकीय मोनोमर को बहुलक बनाना है, जिसके परिणामस्वरूप अंतिम उत्पाद38की अच्छी यांत्रिक शक्ति और विद्युत गुण होते हैं। एक उदाहरण सेमी कंडक्टिव पेडोट-पीएसएस39के साथ सिल्क इलेक्ट्रोस्पन फाइबर को कोटिंग करना है। यांत्रिक और विद्युत चुम्बकीय संकेतों के संयोजन से न्यूराइट विकास 40 ,41,42में काफी तेजीआतीहै . न्यूराइट्स मचान फाइबर संरेखण का पालन करते हैं, और एक ऊर्ध्वाधर एक43की तुलना में फाइबर के समानांतर एक ईएफ के संपर्क में आने के बाद अधिक बढ़ाते हैं। इसी प्रकार, ईएफ के लिए रेशेदार मचानों का संरेखण भी मायोजेनिक परिपक्वता33को बढ़ावा देता है।

ईसीएम मुख्य रूप से रेशेदार बनाने वाले प्रोटीन44से बना होता है, उन कोलेजन प्रकार में से मैं उपास्थि (कोलेजन टाइप II से समृद्ध)44के अलावा सभी पशु ऊतकों में प्रमुख घटक हूं। ट्रोपोकोलेजन (टीसी), पॉलीपेप्टाइड किस्में की ट्रिपल पेचिक संरचना, कोलेजन फाइब्रिल्स45का संरचनात्मक आकृति है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी कोलेजन फाइब्रिल्स की सूक्ष्मकॉपी छवियां एक डी-आवधिक बैंडेड पैटर्न46 को हॉज एंड पेट्रोस्का मॉडल47 द्वारा टीसी अंतराल और ओवरलैप45की नियमित सरणी के रूप में समझाया गया दिखाती हैं। टेंडन एक गठबंधन कोलेजनस फिब्रिलर मैट्रिक्स से बना होता है जिसे एक गैर-कोलेजन अत्यधिक हाइड्रोफिलिक प्रोटियोग्लिकन मैट्रिक्स48,49द्वारा परिरक्षित किया जाता है। डेक्रिन एक छोटा सा ल्यूसिन-रिच प्रोटियोग्लाइकैन (एसएसएलआरपी) है जो कोलेजन फाइब्रिल्स के गैप क्षेत्रों को बांधने और उनके ग्लाइकोसामिनोग्लिकन (गैग) साइड चेन49के माध्यम से अन्य एसएलआरपी के साथ जुड़ने में सक्षम है। टेंडन पर किए गए अध्ययनों से पता चलता है कि50,51पर हाइड्रेटेड होने पर उनके विद्युत गुणों में उल्लेखनीय परिवर्तन होता है , परिवहन तंत्र को प्रोटोनिक से आयनिक में बदलता है क्योंकि हाइड्रेशन का स्तर51बढ़ जाता है । इससे पता चलता है कि कोलेजन प्रकार के साथ विद्युत चालन मैं फाइब्रिल को डेकोरिन-पानी कोट द्वारा सक्षम किया जा सकता है, जिसमें गैप और ओवरलैप क्षेत्र अलग-अलग विद्युत चालकता और डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक होते हैं।

कृत्रिम मचान द्वारा ईसीएम के समान मनोरंजन के रूप में असंभव है, वीवो और इन विट्रो में अनुवादयोग्य परिणामों द्वारा सक्षम के बीच तालमेल का उत्पादन ज्ञान एक मृत अंत में लगता है । सिलिको मॉडलिंग में न केवल दोनों के बीच अनुवाद को फिर से सक्षम बनाता है, बल्कि ईएस में शामिल अज्ञात प्रक्रियाओं को चित्रित करने में महत्वपूर्ण लाभ भी जोड़ता है। इन विट्रो के साथ वीवो टिप्पणियों में तुलना लक्ष्य ऊतक और जीव के बाकी के बीच युग्मन शक्ति के बारे में जानकारी ला सकते हैं, लेकिन वर्तमान ज्ञान सीमा को उजागर नहीं करता है । वर्तमान ज्ञान के आधार पर क्या होने की उम्मीद है और क्या होता है, इसके बीच के अंतर को देखकर अज्ञात को उजागर किया जा सकता है । गणितीय मॉडलिंग पर आधारित सिलिको प्रयोगों में प्रक्रिया को ज्ञात और अज्ञात उपप्रक्रियाओं में विभाजित करने की अनुमति मिलती है। इस तरह, मॉडल में हिसाब नहीं किया गया घटना प्रकाश में आती है जब सिलिको भविष्यवाणियों की तुलना इन विट्रो और वीवो प्रयोगों में की जाती है।

अंतर्निहित तंत्र (एस) के बारे में परिकल्पनाओं को बनाने और परीक्षण करना कि कोशिकाओं और ऊतकों को विद्युत क्षेत्रों से कैसे प्रभावित कियाजाता है, यह मापदंडों की बड़ी संख्या से बाधित होता है 52 जिसे अलग से परीक्षण करने की आवश्यकता होती है। प्रतिनिधि प्रयोगात्मक स्थितियों को परिभाषित करने के लिए, ईएस प्रक्रिया को उपप्रक्रियाओं(चित्रा 1)में विभाजित किया जाना चाहिए और सेल व्यवहार को प्रभावित करने वाले प्रमुख इनपुट संकेतों की पहचान की जानी चाहिए। कोशिकाओं पर ईएस के मौलिक भौतिक प्रभावों का प्रतिनिधित्व करने वाले मॉडल उस डोमेन का वर्णन करते हैं जो ईएफ को सेल के साथ जोड़ता है - जो आवेशित कणों काहोताहै । कोशिका के बाहरी कणों का व्यवहार माइक्रोएनवायरमेंट पर निर्भर करता है और कोशिका से अलग से जांच की जा सकती है। सेल के लिए प्रमुख इनपुट सिग्नल ईएस डिवाइस आउटपुट का सबसेट है जो सेल प्रतिक्रिया में परिवर्तनशीलता की सबसे बड़ी डिग्री का कारण बनता है। पूर्ण प्रयोगात्मक मापदंडों का सबसे छोटा सबसेट जो सभी प्रमुख सेल इनपुट संकेतों में भिन्नता उत्पन्न कर सकता है, पैरामीटर अंतरिक्ष आयाम और परीक्षण मामलों की संख्या को कम करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

जैविक ईएस लक्ष्य मॉडल का इनपुट ईएस डिवाइस द्वारा उत्पादित आउटपुट संकेतों का एक सबसेट होना चाहिए जो कोशिकाओं पर ईएस के भौतिक प्रभावों का वर्णन करने में उपयोगी हैं। प्रत्यक्ष युग्मन के साथ एक साधारण बायोरिएक्टर में इलेक्ट्रोलाइटिक इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के समान संरचना होती है। उन लोगों के मॉडल प्राथमिक (समाधान प्रतिरोध के लिए लेखांकन), माध्यमिक (भी faradic प्रतिक्रियाओं के लिए लेखांकन) या तृतीयक (आयन प्रसार के लिए भी लेखांकन) वर्तमान घनत्व वितरण दिखाते हैं । जटिलता के रूप में कम्प्यूटेशनल लागत में तब्दील हो, सबसे सरल मॉडल पैरामीटर अंतरिक्ष अन्वेषणों के लिए सबसे उपयुक्त है । सामग्री गुणों से प्रेरित रेशेदार कंपोजिट के सिमुलेशन54 जटिल सूक्ष्म वास्तुकला के परिणामस्वरूप थोक सामग्री गुणों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, इसलिए ईएफ एक्सपोजर के स्थानीय प्रभावों का वर्णन नहीं कर सकते हैं। ईएस से प्रेरित सिलिको मॉडल में मौजूदा, जैविक नमूने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, चाहे वह समरूप माध्यम55, 56, 57,या समरूप बाह्राय अंतरिक्ष58के साथ जटिल ऊतकों में डूबेएकएकल कोशिका हो। चार्ज और वर्तमान घनत्व(चित्रा 2)ईएस डिवाइस के मॉडल और जैविक नमूने के बीच या ईएस डिवाइस के विभिन्न घटकों के बीच इंटरफेस संकेतों के रूप में कार्य कर सकता है। प्रस्तावित फेम आधारित प्रोटोकॉल चित्रा 2 में वर्णित समीकरणों का उपयोग करता है और इसका अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया था कि कैसे पाड़ निर्भर मापदंडों का उपयोग उन दो संकेतों को मिलाना करने के लिए किया जा सकता है, जो एक प्रत्यक्ष युग्मन सेटअप द्वारा उत्पन्न ईएफ से स्वतंत्र हैं। परिणाम तनाव है कि यह पाड़ या ईसीएम बिजली के गुणों के लिए खाते में आवश्यक है जब जांच कैसे ES लक्ष्य कोशिकाओं को प्रभावित करता है ।

Protocol

1. COMSOL में मॉडल का निर्माण

  1. कॉमसोल खोलें और ब्लैंक मॉडलका चयन करें ।
  2. पैरामीटर: मॉडल बिल्डरमें, वैश्विक परिभाषाओंपर सही क्लिक करें, पैरामीटर का चयन करें,और तालिका 1के अनुसार पैरामीटर जोड़ें।
  3. सामग्री: तालिका 2के अनुसार गुणों के साथ सामग्री जोड़ें ।
    1. वैश्विक परिभाषाओंके तहत मॉडल बिल्डर में , सही क्लिक सामग्री और खाली सामग्रीका चयन करें ।
    2. सामग्री गुण जोड़ें: नई जोड़ा सामग्री की सेटिंग्स में, मूल गुणों > सामग्री गुणोंका विस्तार, सापेक्ष अनुमति का चयन करें और संपत्ति जोड़ने के लिए '+' प्रतीक दबाएं । विद्युत चालकताके लिए कदम दोहराएं ।
    3. सामग्री सामग्रीमें, तालिका 2के अनुसार वर्तमान सामग्री गुणों को भरें।
  4. घटक परिभाषा: शीर्ष रिबन के होम टैब में, बाएं क्लिक करें जोड़ें घटक जोड़ें और 3Dका चयन करें। मॉडल बिल्डरमें एक नया घटक नोड दिखाई देगा।
  5. ज्यामिति: मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति,बाएं क्लिक करें डालने, पूर्ण मॉडल पर डबल क्लिक करें और उपयुक्त अनुक्रम (अनुसूचित जाति/एसएनसी/आरसी/आरएनसी/आरएनसीडी) का चयन करें ।
  6. वैकल्पिक रूप से, अधीनस्थ चरणों का पालन करते हुए खरोंच से ज्यामिति का निर्माण करें।
    1. मॉडल बिल्डरमें, वर्तमान घटक नोड के तहत बाएं क्लिक ज्यामिति। निम्नलिखित अधीनस्थ चरणों में एक ही ज्यामिति नोड को संदर्भित किया जाएगा। सेटिंग्स विंडो में, लंबाई इकाई को एनएम में बदलें और सुनिश्चित करें कि "इकाइयों को बदलते समय स्केल मान" अनियंत्रित छोड़ दिया जाए।
    2. पाड़ की ज्यामिति
      1. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर सही क्लिक करें और ब्लॉकका चयन करें ।
      2. सेटिंग टैब में, लेबल "पाड़ सीमा" भरें।
      3. आकार और आकार का विस्तार करें और चौड़ाई, गहराई और ऊंचाई के लिए "डब्ल्यूएस", "एलएस", "एचएस" में भरें।
      4. स्थिति का विस्तार करें और आधार को केंद्र में बदलें।
      5. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन काविस्तार करें, नए का चयन करें और "पाड़ चयन" जोड़ें।
    3. आसपास के पदार्थ की सीमा: मॉडल बिल्डरमें, ज्यामितिके तहत, सही क्लिक पाड़ सीमा और डुप्लिकेटका चयन करें, और सेटिंग्स टैब संपादित करें।
      1. लेबल को "मीडिया सीमा" में बदलें।
      2. आकार में प्रत्येक बॉक्स के लिए औरएकपीई अनुभाग एसएच, मौजूद पैरामीटर से पहले "med_ratio *" जोड़ें।
      3. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयनमें, "मीडिया चयन" के रूप में नए चयन जोड़ें ।
    4. एक फाइबर की ज्यामिति (अनुसूचित जाति 1.6.6 को छोड़)
      1. कोर (आर सी 1.6.4.2 को छोड़)
        1. मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति, सिलेंडरका चयन करें, और इस प्रकार के रूप में सेटिंग्स टैब संपादित करें।
        2. लेबल को "कोर" में बदलें।
        3. आकार और आकार का विस्तार करें और त्रिज्या और ऊंचाई के लिए "आर सी" और "वामो" में भरें।
        4. स्थिति का विस्तार करें और एक्स और वाई के लिए "-अतिरिक्त * Ws/2" और "-Lf/2" में भरें ।
        5. धुरी का विस्तार करें और एक्सिस प्रकार को वाई-एक्सिस में बदलें।
        6. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "कोर चयन" जोड़ें।
      2. कोट (एसएनसी 1.6.5 तक छोड़ें)
        1. स्लैब (आर सी या आरएनसी 1.6.4.2.2 को छोड़; आरएनसीडी 1.6.4.2.3 को छोड़ दें)
          1. ज्यामितिके तहत मॉडल बिल्डर में, सही क्लिक पाड़ सीमा और डुप्लिकेटका चयन करें । सुनिश्चित करें कि डुप्लिकेट (पाड़ सीमा 1) ज्यामिति अनुक्रम में कोर के ठीक बाद आता है।
          2. सेटिंग टैब में, लेबल को "कोट" में बदलें।
          3. सेटिंग टैब में, परिणामी संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "फाइबर चयन" बनाएं।
          4. 1.6.5 पर छोड़ें।
        2. समरूप
          1. मॉडल बिल्डर राइट क्लिक ज्यामिति में, सिलेंडर का चयन करें और अपने सेटिंग्स टैब को इस प्रकार संपादित करें।
          2. लेबल को "कोट" में बदलें।
          3. आकार और आकार का विस्तार करें और त्रिज्या और ऊंचाई के लिए "आरएफ" और "वामो" में भरें।
          4. स्थिति का विस्तार करें और एक्स और वाई के लिए "-अतिरिक्त * Ws/2" और "-Lf/2" में भरें ।
          5. एक्सिस का विस्तार करें और अक्ष प्रकार को वाई-एक्सिस में बदलें (आरसी 1.6.4.2.2.7 तक छोड़ें)।
          6. परतों काविस्तार करें, मोटाई के लिए "आरएफ-आरसी" भरें और केवल "पक्ष पर परतें" चेक करें।
          7. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "कोट चयन" या आरसी के लिए, "फाइबर चयन" (आरसी 1.6.5 तक छोड़ें)।
          8. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर सही क्लिक करें और डिलीट एंटिटीजका चयन करें ।
          9. सेटिंग्स टैब में, ज्यामितीय प्रवेश स्तर को डोमेन में बदलें और चयन के लिए कोट चयन चुनें।
          10. सभी डोमेन निकालें लेकिन डोमेन 3 चयन बॉक्स (स्तरित सिलेंडर का मूल) से।
          11. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और कोट चयन का चयन करें।
          12. 1.6.5 पर छोड़ें।
        3. दो प्रकार की आवधिक सरणी
          1. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर सही क्लिक करें और सिलेंडरका चयन करें। सही नव निर्मित तत्व पर क्लिक करें और डुप्लिकेटका चयन करें । उनके सेटिंग टैब को इस प्रकार संपादित करें।
            1. "कोट 1" /"कोट 2" के लिए लेबल सेट करें ।
            2. आरएफ के लिए त्रिज्या निर्धारित करें।
            3. "डी * प्रोप" के लिए ऊंचाई निर्धारित करें/"डी * (1-प्रोप)" ।
            4. स्थिति का विस्तार करें और एक्स पर दोनों के लिए "-अतिरिक्त * Ws/2" में भरें और "-Lf/2"/"-Lf/2 + D * सहारा" y पर ।
            5. धुरी का विस्तार करें और अक्ष प्रकार को वाई-एक्सिस में बदलें।
            6. लेयर्स सेक्शन का विस्तार करें और "आरएफ-आरसी" भरें; सुनिश्चित करें कि केवल "साइड पर परतें" बॉक्स की जांच की जाती है।
            7. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "कोट 1 चयन"/"कोट 2 चयन" बनाएं ।
          2. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर सही क्लिक करें और डिलीट एंटिटीजका चयन करें ।
            1. सेटिंग्स टैब में, ज्यामितीय एंट्री लेवल को डोमेन में बदलें और ग्राफिक्स विंडो से सिलेंडर 2 (cyl2) और सिलेंडर 3 (cyl3) का चयन करें।
            2. सभी डोमेन निकालें लेकिन डोमेन 3 चयन बॉक्स (स्तरित सिलेंडरों का मूल) से।
            3. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और कोट चयन बनाएं।
          3. मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति, ट्रांसफॉर्म का विस्तार करें और सरणीका चयन करें। इस प्रकार सेटिंग्स टैब को संपादित करें।
            1. इनपुट ऑब्जेक्ट्स के लिए "कोट चयन" चुनें।
            2. ऐरे प्रकार को रैखिक पर सेट करें।
            3. "वामो/डी" के लिए आकार निर्धारित करें ।
            4. वाई एक्सिस पर विस्थापन सेट करें "डी"।
    5. एक उन्मुख फाइबर सरणी की ज्यामिति
      1. कोर ऐरे (आर सी स्किप टू 1.6.5.2)
        1. मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति, ट्रांसफॉर्म का विस्तार करें और रोटेटचुनें।
          1. सेटिंग्स टैब में, इनपुट ऑब्जेक्ट्स स्विच चालू करें और ड्रॉपडाउन सूची से कोर चयन का चयन करें। सुनिश्चित करें कि इनपुट ऑब्जेक्ट्स बॉक्स की जांच नहीं की गई है।
          2. रोटेशन कोण का विस्तार करें और रोटेशन के लिए "थीटा" भरें।
          3. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "फाइबर चयन" बनाएं।
        2. मॉडल बिल्डर राइट क्लिक ज्यामितिमें , ट्रांसफॉर्म करें और व्यूहचुनें ।
          1. लेबल को "कोर ऐरे" में बदलें।
          2. इनपुट ऑब्जेक्ट्स के लिए ड्रॉपडाउन सूची में कोर चयन का चयन करें।
          3. आकारका विस्तार करें, ऐरे प्रकार को रैखिक में बदलें और आकार के लिए "n_1 * (theta< = 45) + n_2 * (theta>45)) में भरें।
          4. विस्थापन का विस्तार करें और एक्स और वाई के लिए "2 * टेस * आरसी * कॉस (थीटा), "2 * टेस * आरसी * पाप (थीटा) में भरें।
          5. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "फाइबर चयन" का चयन करें।
      2. कोट सरणी (एसएनसी 1.6.5.3 तक छोड़ें)
        1. मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति, ट्रांसफॉर्म का विस्तार करें और रोटेटचुनें।
          1. सेटिंग्स टैब में इनपुट ऑब्जेक्ट्स स्विच चालू करें और ड्रॉपडाउन सूची से कोट चयन का चयन करें। सुनिश्चित करें कि "इनपुट ऑब्जेक्ट्स बॉक्स रखें" की जांच नहीं की गई है।
          2. रोटेशन कोण का विस्तार करें और रोटेशन के लिए "थीटा" भरें।
          3. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "फाइबर चयन" का चयन करें।
        2. मॉडल बिल्डरमें, सही क्लिक करें ज्यामिति, ट्रांसफॉर्म का विस्तार करें और सरणीका चयन करें ।
          1. लेबल को "कोट सरणी" में बदलें।
          2. इनपुट ऑब्जेक्ट्स के लिए ड्रॉपडाउन सूची में कोट चयन का चयन करें।
          3. आकारका विस्तार करें, ऐरे प्रकार को रैखिक में बदलें और आकार के लिए "n_1 * (theta< = 45) + n_2 * (theta>45)) में भरें।
          4. विस्थापन का विस्तार करें और एक्स और वाई के लिए "2 * टेस * आरसी * कॉस (थीटा), "2 * टेस * आरसी * पाप (थीटा) में भरें।
          5. परिणामस्वरूप संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और "फाइबर चयन" का चयन करें।
      3. कट पाड़
        1. यूनाईटेड फाइबर: मॉडल बिल्डर राइट क्लिक ज्यामितिमें, बूलियन और पार्टीशन का विस्तार करें और संघका चयन करें।
          1. लेबल को "फाइबर" में बदलें।
          2. इनपुट ऑब्जेक्ट्स स्विच करें और ड्रॉपडाउन सूची से फाइबर चयन का चयन करें।
          3. सुनिश्चित करें कि "इनपुट ऑब्जेक्ट्स रखें" बॉक्स की जांच नहीं की गई है।
          4. सुनिश्चित करें कि "आंतरिक सीमाओं को बनाए रखें" की जांच की जाती है।
          5. परिणामी संस्थाओं के चयन का विस्तार करें और ड्रॉपडाउन सूची से पाड़ चयन का चयन करें।
        2. कट प्रदर्शन करें: मॉडल बिल्डर राइट क्लिक ज्यामितिमें, बूलियन और पार्टीशन का विस्तार करें और चौराहे का चयन करें।
          1. लेबल को "पाड़" में बदलें।
          2. इनपुट ऑब्जेक्ट्स स्विच चालू करें और ड्रॉपडाउन सूची से पीपाड़ चयन का चयन करें।
          3. सुनिश्चित करें कि "इनपुट ऑब्जेक्ट्स रखें" बॉक्स की जांच नहीं की गई है।
          4. सुनिश्चित करें कि "आंतरिक सीमाओं को बनाए रखें" की जांच की जाती है।
    6. पहनावा ज्यामिति
      1. आसपास के पदार्थ ज्यामिति को परिभाषित करें।
        1. मॉडल बिल्डरमें , सही क्लिक करें ज्यामिति, बूलियन और विभाजन का विस्तार और अंतरका चयन करें । सेटिंग टैब जारी रखें।
        2. ड्रॉपडाउन सूची जोड़ने के लिए ऑब्जेक्ट्स में, मीडिया चयन का चयन करें।
        3. ड्रॉपडाउन सूची को घटाना करने के लिए वस्तुओं में, पीपाड़ चयनका चयन करें।
        4. सुनिश्चित करें कि "इनपुट ऑब्जेक्ट्स रखें" और "आंतरिक सीमाएं रखें" बक्से दोनों की जांच की जाती है।
      2. मीडिया सीमा बॉक्स हटाएं।
        1. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर सही क्लिक करें और डिलीट एंटिटीजका चयन करें । सेटिंग टैब जारी रखें।
        2. ज्यामितीय प्रवेश स्तर ड्रॉपडाउन सूची से डोमेन का चयन करें।
        3. चयन ड्रॉपडाउन सूची से मीडिया चयन का चयन करें।
        4. चयन बॉक्स से "dif1" निकालें।
    7. ज्यामिति का निर्माण
      1. ज्यामिति नोड के तहत, सुनिश्चित करें कि संचयी चयन नोड से पहले अंतिम तत्व फॉर्म यूनियन है न कि असेंबली का गठन। यदि आवश्यक हो, तो फॉर्म असेंबली पर सही क्लिक करें और सेटिंग टैब में "संघ बनाने" के लिए कार्रवाई बदलें।
      2. मॉडल बिल्डरमें, ज्यामिति पर क्लिक करें और सभी का निर्माण करें।
  7. सामग्री
    1. वर्तमान घटक नोड के तहत मॉडल बिल्डर में, सही क्लिक सामग्री और सामग्री लिंकका चयन करें ।
    2. जटिलता के स्तर के अनुसार कई बार के रूप में कई सामग्री के लिए धारा पांच बार दोहराएं।
    3. निम्नलिखित क्रम में प्रत्येक घटक के लिए संबद्ध सामग्री: आसपास के पदार्थ, कोट, कोर।
    4. सेटिंग्स टैब में, चयन ड्रॉपडाउन सूची से मीडिया/पीपाड़ (अनुसूचित जाति, एसएनसी, आरसी के लिए)/कोट/कोर चयन चुनें ।
    5. लिंक सेटिंग का विस्तार करें और ड्रॉपडाउन सूची से उपयुक्त सामग्री चुनें।
  8. मेशिंग
    1. मॉडल बिल्डरमें, वर्तमान घटक के तहत मेष नोड पर क्लिक करें।
    2. सेटिंग्स टैब में, तत्व आकार ड्रॉपडाउन सूची से सामान्य चुनें और बाएं क्लिक बिल्ड ऑल।
  9. भौतिकी: मॉडल बिल्डरमें, बाएं क्लिक वर्तमान घटक, जोड़ें भौतिकी का चयन करें, ऐड फिजिक्सटैब में एसी/डीसी मॉड्यूल का विस्तार करें, इलेक्ट्रिक करंट्स (ईसी) मॉड्यूल का चयन करें और घटक में जोड़ेंक्लिक करें।
    1. सीमा की स्थिति: ग्राफिक्स टैब में, xy दृश्यका चयन करें।
      1. ग्राउंड: मॉडल बिल्डरमें, इलेक्ट्रिक धाराओं नोड पर सही क्लिक करें और ग्राउंड का चयन करें।
      2. सुनिश्चित करें कि सीमा चयन के लिए चयन स्विच सक्रिय है और सीमा चयन बॉक्समें सीमा 5 जोड़ने के लिए एक्सजेड विमान के समानांतर उच्चतम आसपास के पदार्थ के चेहरे पर बाएं क्लिक करें ।
      3. टर्मिनल: मॉडल बिल्डरमें, इलेक्ट्रिक करंट्स नोड पर सही क्लिक करें और टर्मिनल का चयन करें।
      4. सुनिश्चित करें कि सीमा चयन के लिए चयन स्विच सक्रिय है और सीमा चयन बॉक्स में सीमा 2 जोड़ने के लिए xz विमान के समानांतर सबसे कम आसपास के पदार्थ के चेहरे पर क्लिक करें।
      5. टर्मिनल सेक्शन का विस्तार करें और टर्मिनल प्रकार ड्रॉपडाउन सूची में वोल्टेज का चयन करें; वोल्टेजके लिए वी0 में भरें .
    2. यदि आवश्यक हो तो जटिलता जोड़ें: वर्तमान घटक को बचाएं और एक और जटिलता पथ (अनुसूचित जाति/एसएनसी/आरसी/आरएनसी/आरएनसीडी) का पालन करने के लिए चरण 1.4 पर वापस जाएं।

2. सिमुलेशन करें

  1. अनुकूली जाल शोधन
    1. मॉडल बिल्डरमें, मॉडल रूट नोड पर क्लिक करें और ऐड स्टडी टैब खोलने के लिए ऐड स्टडी का चयन करें, स्टेशनरी स्टडी और राइट क्लिक ऐड स्टडी बटन चुनें।
    2. प्रत्येक बनाए गए घटक के लिए एक अध्ययन कदम बनाएं: अध्ययन नोड राइट क्लिक Step1: स्थिर अध्ययन और डुप्लिकेटका चयन करें।
    3. प्रत्येक अध्ययन चरण के लिए संबंधित घटक के विवरण के साथ सेटिंग्स टैब को संशोधित करें।
      1. भौतिकी और चर चयन काविस्तार करें ; कॉलम के लिए हल में केवल वर्तमान घटक की जांच छोड़ दें।
      2. अध्ययन एक्सटेंशन का विस्तार करें और अनुकूली जाल शोधन बॉक्स की जांच करें।
      3. ज्यामिति में अनुकूलन के बगल में ड्रॉपडाउन सूची से वर्तमान घटक की ज्यामिति का चयन करें।
    4. मॉडल बिल्डर में सही क्लिक करें अध्ययन 1 और चुनें गणना। यह अपने वर्तमान अभिविन्यास कोण के साथ सभी घटकों की ज्यामिति के लिए अनुकूलित meshes उत्पन्न करेगा।
  2. ओरिएंटेशन कोण सेट करें और एक स्थिर अध्ययन करें।
    1. मॉडल बिल्डरमें, वैश्विक परिभाषाओं केतहत, क्लिक पैरामीटर छोड़ दिया और सिमुलेशन के लिए वांछित फाइबर अभिविन्यास कोण के लिए पैरामीटर थीटा बदलें।
    2. प्रत्येक घटक के लिए, मॉडल बिल्डर में घटक के नोड, सही क्लिक ज्यामिति का विस्तार और सभी का निर्माण काचयन करें ।
    3. मॉडल बिल्डरमें, सही अनुकूली जाल शोधन अध्ययन पर क्लिक करें और गणना का चयन करें।
    4. मॉडल बिल्डर में छोड़ दिया मॉडल रूट नोड पर क्लिक करें और जोड़ें अध्ययन टैब खोलने के लिए जोड़ें अध्ययन का चयन करें, स्थिर अध्ययन का चयन करें और सही क्लिक करें अध्ययन बटन जोड़ें।
    5. मॉडल बिल्डरमें, नए जोड़े गए अध्ययन के तहत, लेफ्ट क्लिक स्टेप 1,जाल चयन का विस्तार करें और प्रत्येक घटक के लिए, अनुकूली जाल शोधन अध्ययन में उत्पन्न meshes का चयन करें।
    6. सही क्लिक करें कंप्यूट बटन।
  3. ओरिएंटेशन एंगल सेट करें, इनपुट सिग्नल करें और टाइम डिपेंडेंट स्टडी करें।
    1. मॉडल बिल्डरमें, वैश्विक परिभाषाओं केतहत, क्लिक पैरामीटर छोड़ दिया और सिमुलेशन के लिए वांछित फाइबर अभिविन्यास कोण के लिए पैरामीटर थीटा बदलें।
    2. मॉडल बिल्डरमें, मॉडल रूट नोड पर क्लिक करें और ऐड स्टडी टैब खोलने के लिए ऐड स्टडी का चयन करें। टाइम डिपेंडेंट स्टडीका चयन करें, बाएं क्लिक करें अध्ययन बटन जोड़ें और सेटिंग्स टैब को इस प्रकार संपादित करें।
      1. "रेंज (0, (2 * pi/ओमेगा) /39,2 * pi/ओमेगा) के लिए समय निर्धारित करें ।
      2. भौतिकी और चर चयन काविस्तार करें ; केवल सिमुलेशन घटक "के लिए हल" चेक बॉक्स की जांच छोड़ दें।
      3. मेष चयन का विस्तार करें और सिमुलेशन घटक के लिए एक जाल का चयन करें। अन्य घटकों के जाल को कोई जाल में बदलें।
      4. अध्ययन एक्सटेंशन का विस्तार करें और अनुकूली जाल शोधन बॉक्स की जांच करें; ड्रॉपडाउन सूची से सिमुलेशन घटक की ज्यामिति का चयन करें।
    3. समय निर्भर सीमा स्थिति को परिभाषित करें।
      1. वर्तमान घटक नोड राइट क्लिक परिभाषाओं के तहत और कार्यों के तहत वेवफॉर्मका चयन करें ।
      2. सेटिंग टैब में फ़ंक्शन नाम को "इनपुट" में बदलें।
      3. पैरामीटर काविस्तार करें, साइन में टाइपसेट करें, कोणीय आवृत्ति को "ओमेगा", वी0 में आयाम दें।
      4. सिमुलेशन घटक के लिए, इसके इलेक्ट्रिक धाराओं नोड के तहत, टर्मिनल का चयन करें और वोल्टेज को "इनपुट (टी [1/s])" में बदलें।
    4. सही क्लिक करें कंप्यूट बटन।

3. विश्लेषण

  1. आवेश घनत्व
    1. मॉडल बिल्डर राइट क्लिक रिजल्ट्स नोड में 3डी प्लॉट ग्रुप चुनें और सेटिंग्सको एडिट करें ।
      1. लेबल को "चार्ज घनत्व" में बदलें।
      2. डेटा का विस्तार करें और डेटा सेट ड्रॉपडाउन सूची में पैरामेट्रिक अध्ययन डेटासेट का चयन करें।
      3. कलर लीजेंड का विस्तार करें और "शो लीजेंड्स" और "अधिकतम और न्यूनतम मूल्य दिखाएं" की जांच करें।
    2. मॉडल बिल्डर में परिणाम नोड के तहत सही क्लिक चार्ज घनत्व और वॉल्यूमका चयन करें; सेटिंग टैब को संपादित करने के लिए आगे बढ़ें।
      1. डेटा का विस्तार करें और डेटा सेट ड्रॉपडाउन सूची से "माता-पिता से" का चयन करें।
      2. अभिव्यक्ति का विस्तार करें और अभिव्यक्ति बॉक्स में "ec.rhoq" भरें।
      3. रेंज का विस्तार करें और मैनुअल रंग रेंज बॉक्स की जांच करें।
        1. न्यूनतम "-0.03" और अधिकतम "0.03" के लिए निर्धारित करें।
      4. रंग और शैली काविस्तार करें, रंग तालिका में रंग सेट करें, रंग तालिका को वेव करें, रंग किंवदंती बॉक्स की जांच करें, रंग रेंज की जांच करें।
      5. मॉडल बिल्डर में सही क्लिक वॉल्यूम और फ़िल्टरका चयन करें।
        1. सेटिंग्स टैब में शामिल करने के लिए तार्किक अभिव्यक्ति में "abs (ec.rhoq) >0.012" भरें ।
    3. ग्राफिक्स विंडो में परिणामों की कल्पना करने के लिए प्लॉट बटन पर बाएं क्लिक करें।
  2. वर्तमान घनत्व
    1. मॉडल बिल्डर राइट में रिजल्ट्स नोड पर क्लिक करें, 3D प्लॉट ग्रुप का चयन करें और सेटिंग्स टैब को एडिट करें।
      1. लेबल को "वर्तमान घनत्व" में बदलें।
      2. डेटा का विस्तार करें और डेटा सेट ड्रॉपडाउन सूची में पैरामेट्रिक अध्ययन डेटासेट का चयन करें।
      3. कलर लीजेंडका विस्तार करें, "शो किंवदंतियों" और "अधिकतम और न्यूनतम मूल्य दिखाएं" की जांच करें।
    2. मॉडल बिल्डर में परिणाम नोड के तहत सही क्लिक करें वर्तमान घनत्व और एरो वॉल्यूमका चयन करें; सेटिंग टैब को संपादित करने के लिए आगे बढ़ें।
      1. डेटा का विस्तार करें और डेटा सेट ड्रॉपडाउन सूची से "माता-पिता से" का चयन करें।
      2. अभिव्यक्ति का विस्तार करें और "चुनाव आयोग" में भरें। Jx", "चुनाव आयोग। Jy", "चुनाव आयोग। X, y और z घटकों के लिए अभिव्यक्ति बक्से में क्रमशः Jz"।
      3. तीर स्थिति का विस्तार करें और सभी बिंदुओं की संख्या निर्देशित के लिए 20 में भरें।
      4. रंग और शैली काविस्तार करें, सामान्यीकृत करने के लिए तीर की लंबाई सेट करें, केंद्र के लिए तीर आधार, स्केल फैक्टर की जांच करें और इसे 85 तक सेट करें।
      5. मॉडल बिल्डर में राइट क्लिक एरो वॉल्यूम और कलर एक्सप्रेशनचुनें।
        1. सेटिंग्स टैब में अभिव्यक्ति बॉक्स में "ec.normJ" भरें।
        2. रंग और शैली काविस्तार करें, यातायात के लिए रंग तालिका सेट करें, रंग किंवदंती और रिवर्स रंग तालिका की जांच करें।
    3. ग्राफिक्स विंडो में परिणामों की कल्पना करने के लिए प्लॉट बटन पर क्लिक करें।

Representative Results

प्रस्तावित मॉडल समानांतर फाइबर के साथ एक समग्र चटाई की विशेषताओं का वर्णन करता है, जो एक प्रवाहकीय पदार्थ में डूबे हुए हैं और बाहरी रूप से उत्पन्न विद्युत क्षमता ढाल के संपर्क में हैं। सिमुलेशन से पता चलता है कि पाड़ के विभिन्न घटकों के लिए लेखांकन माइक्रोस्केल पर महत्वपूर्ण है और यह पता लगाते हैं कि ईएफ में फाइबर के संरेखण कोण (इनपुट सिग्नल) में परिवर्तन कैसे फाइबर के आसपास वर्तमान और चार्ज घनत्व (आउटपुट सिग्नल) में परिवर्तनशीलता उत्पन्न कर सकता है।

पांच अलग-अलग ज्यामितीय जटिलता चरण प्रस्तुत किए जाते हैं, प्रत्येक सिमुलेशन परिणाम पर प्रभाव डालते हैं: चिकनी प्रवाहकीय स्लैब (एससी), गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर (एसएनसी) के साथ चिकनी स्लैब, किसी न किसी प्रवाहकीय कंपोजिट (आरसी), गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर (आरएनसी) के साथ मोटा समग्र, गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ मोटा समग्र और दो प्रकार के आवधिक कोटिंग (आरएनसीडी)(चित्र 3)। प्रोटोकॉल की धारा 1.5 एक परियोजना में ज्यामिति आयात करने के लिए कदम प्रस्तुत करता है और धारा 1.6 से पता चलता है कि कैसे कदम से उन कदम का निर्माण करने के लिए। पहले दो मॉडल सतह आकृति विज्ञान के लिए खाते नहीं है। अनुसूचित जाति और आर सी फाइबर कोर डाइइलेक्ट्रिक गुणों के लिए खाते नहीं है। आरएनसी नैनोफाइबरस आर्टिफिशियल मचान के लिए प्रस्तावित मॉडल है, जबकि आरएनसीडी ईसीएम सेगमेंट के लिए प्रस्तावित मॉडल है ।

माइक्रोएनवायरमेंट का प्रतिनिधित्व करने वाले मॉडल यूनिट वॉल्यूम में ईएस डिवाइस ज्यामिति को कम करके कम करके कम करके कम करके पूरा किया गया था। जबकि एक ES डिवाइस और पाड़ की चौड़ाई और लंबाई आसानी से कुछ सेंटीमीटर के क्रम में हो सकती है, जिसमें फाइबर का व्यास आमतौर पर माइक्रोन से कम होता है। यहां, हम आस्पेक्ट रेशेदार अनुपात से प्रेरित कम्प्यूटेशनल लागत को कम करने और इलेक्ट्रिक माइक्रोएनवायरमेंट पर पाड़ की रेशेदार प्रकृति के प्रभाव को उजागर करने के लिए फाइबर व्यास के बराबर पाड़ कटौती का उपयोग करते हैं। ईएस डिवाइस के बाकी बिजली की क्षमता सीमा शर्तों के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है ताकि बिजली के क्षेत्र की भयावहता के लिए एक मोटा सन्निकटन १०० V/m, एक अक्सर रिपोर्ट उत्तेजना पैरामीटर है । इसके अलावा, पांच समानांतर फाइबर के साथ एक इकाई की मात्रा - सिमुलेशन में उपयोग किए जाने वाले एक के रूप में, चित्रा 3 में प्रस्तुत - एक पूरे प्लानर रेशेदार चटाई का प्रतिनिधि माना जाता है। तीन प्रकार के फाइबर को 1D सरणी में प्रतिष्ठित किया जा सकता है: आंतरिक केंद्रीय (पाड़ के देशांतर समरूपता विमान के साथ उन्हें आधे में विभाजित करना), आंतरिक क्षणभंगुर (पार्श्व सतह के साथ अन्य फाइबर से घिरा हुआ है, लेकिन विषम पक्षों के साथ), और बाहरी (पाड़ के किनारे पर)। पांच सभी तीन प्रकार परिभाषित शामिल करने के लिए आवश्यक फाइबर की न्यूनतम संख्या है ।

मॉडल जाल तत्व आकार पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता होती है क्योंकि यह सिमुलेशन परिणामों को प्रभावित कर सकता है और इस प्रकार महत्वपूर्ण प्रभावों (चित्र 4)को बेनकाब करने में विफल हो जाता है। यह परिमित तत्व विधि का एक सामान्य नियम है और Nyquist-शांनोन नमूना प्रमेय का एक निहितार्थ है। जितनी तेजी से आवश्यक सिमुलेशन संकेत अंतरिक्ष में उतार-चढ़ाव करते हैं, उतना ही छोटे जाल तत्वों को घटना का एक वफादार प्रतिनिधित्व पैदा करने की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, तत्व जितना छोटा होगा, मॉडल बिल्डिंग ब्लॉकों की कुल संख्या और कम्प्यूटेशनल लागत उतनी ही अधिक होगी। धारा 2.1 में स्थापित अनुकूली जाल शोधन केवल तत्व आकार को कम करके उन उद्देश्यों को संतुलित करने के लिए एक अच्छा और फेसियल तरीका है जहां और जब तक यह ऑपरेशन एक महत्वपूर्ण परिवर्तन पैदा करता है।

एक मॉडल जो बहुत सरलीकृत है, महत्वपूर्ण प्रभावों(चित्र 5, 6)को पेश करने में विफल हो सकता है। सिमुलेशन से पता चलता है कि सतह आकृति विज्ञान और पाड़ घटक विद्युत गुणों के लिए लेखांकन बिजली माइक्रोएनवायरमेंट की भविष्यवाणी में बेमानी नहीं है। जबकि सतह आकृति विज्ञान स्थिर EF पर सीधा प्रभाव पड़ता है (आरसी, आरएनसी और आरएनसीडी के साथ अनुसूचित जाति और एसएनसी की तुलना करें), आरसी और आरएनसी भविष्यवाणियों के बीच तुलना से पता चलता है कि गैर-प्रेरक फाइबर कोर इस प्रभाव को बढ़ाते हैं। नैनोफाइब्रोस मचान पर सेलुलर इलेक्ट्रिक माइक्रोएनवायरमेंट्स मॉडलिंग की दृष्टि से, अनुसूचित जाति, एसएनसी और आरसी मॉडल इस प्रकार उप-इष्टतम हैं। हालांकि, विभिन्न चरणों के बीच तुलना के रूप में जटिलता को संवर्द्धित रूप से जोड़ने के लिए यह अच्छा अभ्यास है कि कौन सी विशेषताएं विशिष्ट प्रभावों को जन्म देती हैं।

मॉडल जटिलता ईएफ के लिए फाइबर संरेखण के साथ वर्तमान और चार्ज घनत्व परिवर्तन को प्रभावित करती है। प्रस्तावित प्रोटोकॉल प्रभाव(चित्र 5,6)को उजागर करने में मदद करता है। जबकि अनुसूचित जाति मॉडल प्रस्तावित मैट्रिक्स में कोई बदलाव नहीं दिखाता है जब बिजली की क्षमता ढाल के लिए इसका संरेखण बदल जाता है, आरएनसी मॉडल सिमुलेशन ईएफ के साथ गठबंधन फाइबर के साथ चटाई इकाई के बीच एक शक्तिशाली विपरीत की भविष्यवाणी और फाइबर लंबवत(चित्रा 7)के साथ एक । जब गैर-प्रवाहकीय कोर वर्तमान प्रवाह के रास्ते में आते हैं, तो वे आवधिक बांध बनाते हैं जो उच्च और निम्न प्रभार घनत्व के बारी-बारी से क्षेत्रों का नेतृत्व करते हैं।

गतिशील ES शासनों समय पर निर्भर अध्ययन के साथ नकली किया जा सकता है। पूरक फाइलों में वीडियो एक पूर्ण कृत्रिम पाड़ मॉडल (आरएनसी) पर एक साइनसॉयडल इनपुट वोल्टेज के लिए किए गए भविष्यवाणियों को दिखाते हैं, जिसमें फाइबर समानांतर या विद्युत क्षमता ढाल के लंबवत होते हैं। ईएफ के लंबवत फाइबर के साथ छोटी धाराएं तब दिखाई देती हैं जब चार्ज पाड़ से जारी किया जाता है क्योंकि ईएफ परिमाण कम हो जाता है। इससे पता चलता है कि उत्तेजना न केवल बाहरी ईएफ मौजूद होने के दौरान हो सकती है, बल्कि डिस्कनेक्ट होने के ठीक बाद भी - वीडियो के लिए पूरक फाइलें देखें।

Figure 1
चित्रा 1:मॉडलिंग के पदानुक्रमित ब्लॉक आरेख - वीवो और सिलिको मॉडल में मॉडलिंग के फायदे और सीमाएं। ब्लॉक रंग एक ही पदानुक्रमित स्तर पर ब्लॉक के निशान। लोअर रैंक ब्लॉक उच्च रैंक वाले लोगों में शामिल हैं। ब्लॉक स्ट्रोक के निशान की संभावना ब्लॉक को एक निश्चित प्रकार के मॉडल में शामिल करने के लिए - अन्य सिस्टम ब्लॉकों के साथ युग्मन उनके स्ट्रोक में पीला नहीं होता है, क्योंकि वे इन विट्रो मॉडल के लिए घटक नहीं हैं। गोलियां वाल्व की तरह कार्य करती हैं और ब्लॉक की नियंत्रणीयता को दर्शाती हैं। जब एक वाल्व चालन होता है, तो सिग्नल अधीनस्थ उपप्रणालियों में सभी तीर पथों से गुजर सकता है जिसमें उनके स्ट्रोक में वाल्व का रंग होता है। आरेख की व्याख्या: ईएस प्रक्रिया उत्तेजना उपकरण और जैविक लक्ष्य से बना है, प्रत्येक में कई अंतर-कनेक्टेड निर्धारक या स्टोचस्टिक उप-प्रक्रियाएं हैं जिन्हें वीवो या इन विट्रो में अलग नहीं किया जा सकता है, इस प्रकार उनके पास कोई लाल या पीला वाल्व नहीं है। स्टोचस्टिक प्रक्रियाएं सिमुलेशन डिवाइस और जैविक नमूने के बीच इंटरफ़ेस पर भी हस्तक्षेप करती हैं जब वे दोनों उत्तेजित होते हैं। एक इन विट्रो मॉडल बाकी जीव से ब्याज की प्रणाली (यानी, त्वचा खंड) को अलग करता है। इस प्रकार, विभिन्न प्रकृति की स्टोचस्टिक प्रक्रियाओं द्वारा सबसे ऊपर ब्याज प्रणाली की केवल आंतरिक प्रक्रियाओं को देखा जा सकता है। हालांकि, इसमें शामिल विभिन्न आंतरिक प्रक्रियाओं को उत्तेजित और अलग से पहचाना नहीं जा सकता है। सिलिको मॉडल में ज्ञात घटकों के लिए पैरामेट्रिक हैं - उनका व्यवहार अज्ञात के लिए एक निश्चित आकार और गैर-पैरामेट्रिक के होने की उम्मीद है - क्योंकि एक निश्चित एक्सपेरिमेंट को बल देने का कोई मशीनी कारण नहीं है। सिलिको घटकों में सभी को अलग-अलग या विभिन्न संयोजनों में अनुकरण किया जा सकता है, जिससे विभिन्न परिकल्पनाओं के चित्रण की अनुमति मिलती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2:(ए) कूलोम का कानून (B) इलेक्ट्रिक संभावित क्षेत्र और मोबाइल प्रोब चार्ज (सी) इलेक्ट्रिक करंट (डी) चार्ज डेंसिटी (ई) करंट डेंसिटी (एफ) समीकरण ऑफ निरंतरता (जी) चार्ज कंजर्वेशन लॉ । (क) विद्युत आवेशित स्थिर कण क्यू और क्यू कूलोम के बल के माध्यम से विद्युतिक रूप से बातचीत करते Equation 1 हैं । (B1) प्रत्येक आवेशित कण क्यू अंतरिक्ष में सभी पदों पर बिजली की क्षमता नामक एक स्केलर क्षेत्र उत्पन्न करता Equation 2 Equation 3 है: । एक और आवेशित कण क्यू को उसकी स्थिति से स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक अधिकतम कार्य Equation 4 चार्ज क्यू और क्यू द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षमता के बीच का उत्पाद है Equation 4 । कई कणों द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षमता क्षेत्र प्रत्येक कण द्वारा उत्पन्न क्षेत्रों का योग है। (B2) फिक्स्ड जेनरेटर कणों क्यू और क्यू के साथ एक स्थिर क्षेत्र, सकारात्मक चार्ज क्यू पी के साथ एक जांच कण पर एक के साथ कार्य करता Equation 5 है । इसके जवाब में क्यूपी अपनी स्थिति की बिजली की क्षमता को कम करने के लिए चलता है । क्यूपीकी गति का वर्णन करने के लिए, कोई भी विद्युत क्षमता क्षेत्र से विद्युत क्षेत्र प्राप्त Equation 5 कर Equation 6 सकता Equation 7 है: । (ग) स्थिर विद्युत क्षेत्र में समान रूप से छोड़े गए कई मोबाइल सकारात्मक आवेशित जांच कण संगठित गति का अनुसरण करते हैं । हर कण पर नज़र रखने के बिना चार्ज विन्यास को ट्रैक करने के लिए, एक हर पल में निर्दिष्ट कर सकते हैं: (घ) कैसे अंतरिक्ष कणों द्वारा कब्जा कर लिया है, प्रत्येक असीम मात्रा के लिए एक आरोप घनत्व Equation 8 निर्दिष्ट, गॉस के कानून के अनुसार, और (ई) कैसे कणों पड़ोसी असीम मात्रा के बीच सीमा सतहों के माध्यम से गुजरती हैं, Equation 9 ओम के कानून के अनुसार प्रत्येक सीमा के लिए एक वर्तमान घनत्व निर्दिष्ट । (च) आवेश और वर्तमान घनत्व निरंतरता के समीकरण के अनुसार सह-निर्भर रूप से विकसित होता है, क्योंकि गैर-समान कण विस्थापन से एक निश्चित मात्रा में कणों का संचय या हानि होती है । (छ) एक पृथक प्रणाली के भीतर प्रभार संरक्षण कानून जस का तस है और आवेशित कणों का कोई प्रवाह या बहिर्गमन नहीं होता है । उपयोग किए गए नोटेशन:- क्यू, क्यू, क्यूपी चार्ज और आवेशित कण का नाम; Equation 10- स्थिति वेक्टर के यूक्लिडियन आदर्श; कश्मीर- कूलोम का स्थिर; Equation 11 - ढाल ऑपरेटर, εएक - मध्यम की पूर्ण अनुमति; σ - माध्यम की चालकता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3:रेशेदार चटाई के लिए जटिलता के पांच अलग-अलग स्तर। SC- प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ चिकनी, सबसे सरल मॉडल, सतह आकृति विज्ञान या घटक घटकों के विभिन्न गुणों के लिए लेखांकन नहीं; एसएनसी- गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ चिकनी; आर सी- प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ किसी न किसी, सतह आकृति विज्ञान के लिए लेखांकन लेकिन विभिन्न घटक गुणों के लिए नहीं; आरएनसी- गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ मोटा, नैनोफाइब्रोस कृत्रिम मचान का पूर्ण प्रस्तावित मॉडल; आरएनसीडी- दो अलग-अलग सामग्रियों के साथ लेपित गैर-प्रवाहकीय एम्बेडेड फाइबर के साथ मोटा, कोलेजन फाइबर की शीट के लिए पूर्ण प्रस्तावित मॉडल। लंबाई इकाई का उपयोग किया जाता है: नैनोमीटर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4:सिमुलेशन के बाद अनुकूली जाल शोधन और परिणामस्वरूप चार्ज घनत्व के उदाहरण परिणाम। (बाएं) स्वचालित रूप से अतिरिक्त मोटे टेट्राहेड्रल तत्वों के साथ जाल उत्पन्न होता है; (दाएं) स्थिर अध्ययन के दौरान प्रारंभिक जाल अनुकूली रूप से परिष्कृत; उन क्षेत्रों में सटीक परिणाम के लिए छोटे तत्वों की आवश्यकता होती है जहां नकली संकेतों में अचानक स्थानिक परिवर्तन होते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5:बिजली की क्षमता ढाल प्रभावों के लिए फाइबर संरेखण कोण आसपास के सेल संस्कृति मीडिया में EF ताकत जब पर्याप्त जटिलता के लिए हिसाब है । अनुसूचित जाति, एसएनसी, आरसी, आरएनसी और आरएनसीडी चित्रा 3में प्रस्तुत रेशेदार चटाई मॉडल के लिए जटिलता के विभिन्न स्तर हैं । ऊर्ध्वाधर धुरी फाइबर के संरेखण कोण को विद्युत क्षमता ढाल के निशान देती है। अमूर्त इलेक्ट्रोड विशेष रुप से प्रदर्शित - उच्च बिजली की क्षमता और कम बिजली की क्षमता के साथ शीर्ष पक्ष के साथ नीचे की ओर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6:बिजली की क्षमता ढाल के लिए फाइबर संरेखण कोण आसपास के सेल संस्कृति मीडिया में अंतरिक्ष चार्ज घनत्व प्रभावों जब पर्याप्त जटिलता के लिए हिसाब है । अनुसूचित जाति, एसएनसी, आरसी, आरएनसी और आरएनसीडी चित्रा 3में प्रस्तुत रेशेदार चटाई मॉडल के लिए जटिलता के विभिन्न स्तर हैं । ऊर्ध्वाधर धुरी फाइबर के संरेखण कोण को विद्युत क्षमता ढाल के निशान देती है। अमूर्त इलेक्ट्रोड विशेष रुप से प्रदर्शित- उच्च बिजली की क्षमता और कम बिजली की क्षमता के साथ शीर्ष पक्ष के साथनीचे की ओर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7:चार्ज आंदोलन ईएफ के सापेक्ष पाड़ फाइबर संरेखण से प्रभावित होता है। दोनों पैनल स्थिर राज्य आरएनसी मॉडल भविष्यवाणियों का वर्णन करते हैं। बाईं ओर फाइबर ईएफ के समानांतर होते हैं, जबकि दाईं ओर वे लंबवत होते हैं। हल्के लाल से नीले रंग की मात्रा चार्ज घनत्व को चिह्नित करता है, जबकि तीर की मात्रा वर्तमान घनत्व अभिविन्यास को चिह्नित करता है। तीर का रंग वर्तमान घनत्व के आदर्श से मेल खाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

नाम अभिव्यक्ति वर्णन
डब्ल्यूएस 10 * आरसी * med_ratio पीपाड़ चौड़ाई
एलएस 10 * आरसी * med_ratio पाड़ लंबाई
एच एस 2 * आरएफ पाड़ ऊंचाई
med_ratio 1.5 पाड़ के लिए अनुपात सेल संस्कृति मीडिया
आर सी 278.5 [एनएम] फाइबर कोर त्रिज्या
r 1.5 कोट अनुपात के लिए फाइबर कोर
आरएफ आरसी *r कोट त्रिज्या के साथ फाइबर
थीटा 90 [देग] फाइबर ओरिएंटेशन एंगल
वामो 1.3 *(एलएस * कॉस (theta) + Ws * पाप (theta)) फाइबर की लंबाई
टीईएस 1 फाइबर के बीच दूरी के लिए अनुपात फाइबर कोर त्रिज्या
n_1 2 * (फिक्स ((Ws/(2 * cos (theta))-Rf)/(2 * tes *rc)) + 3) * (cos (theta)!=0) + 1 * (cos (theta) = = 0) फाइबर की अधिकतम संख्या अगर थीटा< = 45
n_2 2 * (फिक्स ((Ls/(2* पाप (theta))/(2 * tes *rc)) + 3) * (पाप (theta)!=0) + 1 * (पाप(theta)==0) फाइबर की अधिकतम संख्या अगर थीटा>45
अधिकता 1.2+0.3 * पेट (पाप (2*theta)) पाड़ से पहला फाइबर रिश्तेदार ऑफसेट
D वामो/5 कोट आवधिकता
टेक 0.46 आवधिकता डी के सापेक्ष पहले कोट की लंबाई
E 100 [mV/mm] इलेक्ट्रिक फील्ड परिमाण
वी0 ई * एलएस * med_ratio टर्मिनल वोल्टेज
ओमेगा 500[हर्ट्ज] समय निर्भर अध्ययन वोल्टेज आवृत्ति
p_sigma 0.5 दूसरी कोटिंग सापेक्ष चालकता
p_eps 1.5 दूसरी कोटिंग रिश्तेदार डाइइलेक्ट्रिक स्थिर

तालिका 1: सिमुलेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर

संस्कृति मीडिया पेडोट:पीएसएस 1 पेडोट:पीएसएस 2 कोलेजन हाइड्रेटेड 1 कोलेजन हाइड्रेटेड 2 सिल्क फाइब्रोइन कोलेजन ड्राई
विद्युत चालकता (एस/एम) 1.7014 1.00E-01 p_sigma * 0.1 2.00E-05 p_sigma * 2e-5 1.00E-08 2.50E-08
सापेक्ष अनुमति 80.1 2.2 p_eps * 2.2 9.89 p_eps * 9.89 7.81E+00 4.97

तालिका 2: सिमुलेशन में उपयोग किए जाने वाले भौतिक गुण

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Discussion

प्रस्तावित प्रोटोकॉल प्राकृतिक और कृत्रिम मचान के लिए एक समान मॉडलिंग समाधान का सुझाव देता है और ऐसी सामग्रियों पर वरीयता प्राप्त कोशिकाओं पर ईएफ के प्रभावों का निरीक्षण करते समय रेशेदार मचानों के नैनोस्ट्रक्चर पर विचार करने की आवश्यकता पर प्रकाश डालता है। हालांकि ईएफ तीव्रता (इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी से विभाजित इलेक्ट्रोड संभावित अंतर) के लिए एक मोटे सन्निकटन हमें 100 एमवी/मिमी की क्षेत्र शक्ति की उम्मीद करने के लिए प्रेरित करेगा, सिमुलेशन मैट(चित्र 5)के विभिन्न क्षेत्रों में 30% अधिक तक स्थिर क्षेत्र की ताकत की भविष्यवाणी करता है। यह परिणाम ईएस प्रयोग डिजाइन और डेटा व्याख्या में रुचि होनी चाहिए, क्योंकि सेल डेथ बहुत मजबूत ईएफ के कारण हो सकती है। विद्युत माइक्रोएनवायरमेंट को उजागर करने से ईएस और सेलुलर विकास के बीच सीधा संबंध हो सकेगा। जबकि कई अध्ययनों में उपयोग किए गए मचान33, 43,59का विस्तृत आकृतिविज्ञान विश्लेषण प्रस्तुत किया गया है, वे संरचना, सामग्री के विद्युत गुणों और ईएफ के बीच परस्पर क्रिया की जांच नहीं करते हैं। यह प्रोटोकॉल इस लिंक को सक्षम कर सकता है, जैसे कि फाइबर त्रिज्या, कोटिंग लेयर मोटाई, फाइबर और घटक सामग्री के विद्युत गुणों के बीच की दूरी को प्रत्येक प्रयोग के अनुसार संशोधित किया जा सकता है, जो चरण 1.2 और 1.3 पर वैश्विक परिभाषाओं को बदलकर किया जा सकता है। इसलिए, स्थिर और गतिशील ईएस व्यवस्थाओं दोनों के लिए अनुकूलित 3 डी स्थानिक रूप से हल किए गए शुल्क और वर्तमान घनत्व भविष्यवाणियां की जा सकती हैं।

पाड़ डिजाइन अनुकूलन को आरएनसी और आरएनसीडी मॉडल के माध्यम से व्यापक पैरामीटर रेंज अन्वेषणों के साथ लक्षित किया जा सकता है, जो प्रस्तावित मॉर्फोलोजी या उनमें से कुछ हिस्सों को स्केलिंग करता है। वैकल्पिक रूप से, धारा 1.6.5 में रैखिक से त्रि-आयामी तक ऐरे प्रकार को बदलकर और धारा 1.6.2 में पाड़ ज्यामिति को अनुकूल बनाकर प्रस्तावित प्रोटोकॉल के साथ अन्य पाड़ विन्यासों की जांच की जा सकती है। हालांकि, पाड़ अनुकूलन एक उद्देश्य के बिना नहीं किया जा सकता है । जबकि ऊतक इंजीनियरिंग प्रयोजनों के लिए मुख्य ध्यान सेल भाग्य है, क्या उत्तेजनाओं अपने मुख्य निर्धारक है पर एक स्पष्ट तस्वीर आवश्यक है अगर इसके विश्वसनीय नियंत्रण वांछित है । चार्ज और वर्तमान घनत्व सेलुलर इलेक्ट्रिक माइक्रोएनवायरमेंट्स के अच्छे वर्णनकर्ता हैं क्योंकि वे ईएफ और ईसीएम जैसे जटिल मचानों के विभिन्न घटक सामग्रियों के विद्युत गुणों के बीच परस्पर क्रिया दिखाते हैं। प्रोटोकॉल से पता चलता है कि नैनोफाइब्रोस पाड़ ज्यामिति दिए गए उन मैट्रिक्स के लिए भविष्यवाणियों की गणना कैसे करें और ईएफ के साथ फाइबर के संरेखण कोण के महत्व पर प्रकाश डाला गया। चार्ज और वर्तमान घनत्व की भविष्यवाणियों को तब सेलुलर विकास से जोड़ा जा सकता है और इस प्रकार पाड़ और ईएस व्यवस्थाओं को विशिष्ट कार्यों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

दिलचस्प बात यह है कि एक अध्ययन से पता चलता है कि ईएफ एक्सपोजर ने समानांतर संरेखण60वाली फिल्मों की तुलना में बाहरी ईएफ के लंबवत नैनोफाइबर के साथ समग्र फिल्मों में शक्ति में दोगुने से अधिक यांत्रिक तनाव उत्पन्न किया। रिपोर्ट किए गए यांत्रिक तनाव चार्ज फाइबर के बीच अभिनय करने वाले कूलोम बलों का परिणाम हो सकता है, जिसकी भविष्यवाणी किसी न किसी मॉडल सिमुलेशन (आर सी, आरएनसी, आरएनसीडी)(चित्रा 6)द्वारा की गई है। हालांकि ये सिमुलेशन इस परिकल्पना की जांच करने में उपयोगी हो सकते हैं, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रिपोर्ट किए गए प्रयोगात्मक परिणाम कैपेसिटिव कपलिंग वाली प्रणाली में प्राप्त किए गए थे, और सिमुलेशन प्रत्यक्ष युग्मन प्रस्तुत करता है।

एक सेलुलर इनपुट सिग्नल का अनुमान लगाने के लिए प्रोटोकॉल के भविष्य के संभावित उपयोगों की दिशा में एक सीमित कारक पैरामीटर अनिश्चितता है। ज्यामितीय अनिश्चित पैरामीटर परत मोटाई और फाइबर कोर के बीच की दूरी कोटिंग कर रहे हैं। पहले एक मूल्य है कि एक थोक बाधा है कि प्रयोगात्मक रूप से मांय किया जा सकता है की ओर जाता है खोजने के द्वारा अनुमानित किया जा सकता है । दूसरा उच्च रिज़ॉल्यूशन सामग्री स्कैन से निकाला जा सकता है। सामग्री के भौतिक गुणों का वर्णन करने वाले पैरामीटर भी अनिश्चितता से प्रभावित होते हैं। हालांकि, विद्युत चालकता और उदाहरण सामग्री के डाइइलेक्ट्रिक स्थिर प्रयोगात्मक मापने परिशुद्धता(तालिका 2)से कहीं अधिक भिन्न होते हैं। इसलिए, रिपोर्ट किए गए प्रभावों को मध्यम माप त्रुटियों के बावजूद बनाए रखा जाएगा।

परिणाम बताते हैं कि पर्याप्त मॉडल जटिलता प्रासंगिक जानकारी को कैसे छिपा सकती है। यह स्वीकार करना महत्वपूर्ण है कि प्रोटोकॉल भौतिक घटना के एक सरलीकृत संस्करण का अनुकरण करता है क्योंकि यह प्रक्रिया में शामिल सामग्रियों की विभिन्न प्रकृति के लिए खाता नहीं है -कंडक्टर (इलेक्ट्रोड), सेमीकंडक्टर (कोटिंग), डाइइलेक्ट्रिक (फाइबर कोर) और इलेक्ट्रोलाइटिक (आसपास के पदार्थ) - जो चार्ज परिवहन को प्रभावित करने में सक्षम हैं। इस मुद्दे को भविष्य के मॉडल विस्तार में इंटरफेस (यानी, Faradic प्रतिक्रियाओं) और इलेक्ट्रोलाइट के भीतर आयन परिवहन देरी पर ऊर्जा हस्तांतरण देरी जोड़कर हिसाब किया जा सकता है । जटिलता को जोड़ना हालांकि प्रयोगात्मक सत्यापन द्वारा निर्देशित किया जाना चाहिए, एक सरल मॉडल के रूप में जो देखा जाता है उसमें से अधिकांश को पुन: उत्पन्न किया जाता है, जो उल्लेखनीय सटीक जानकारी को जोड़ता है लेकिन कई घटक मापदंडों की अनिश्चितता के प्रति गहराई से संवेदनशील है।

ऊतक इंजीनियरिंग के अंतिम लक्ष्य के रूप में बायोरिएक्टर बनाना है जो न केवल वीवो वातावरण में एक या दो पहलुओं की नकल करते हैं, बल्कि सभी सेलुलर विकासात्मक संकेतों को दोहराने और नियंत्रित करते हैं61,सिलिको मॉडल में विद्युत चुम्बकीय और यांत्रिक के साथ-साथ बायोरिएक्टर घटकों के बीच गर्मी हस्तांतरण के मॉडल को संयुक्त करने की आवश्यकता होगी। बाद के मॉडलिंग चरण में, ओमिक हीटिंग, इलेक्ट्रोलाइटिक द्रव प्रवाह, विद्युत उत्तेजना60 और पीजोइलेक्ट्रिसिटी62 के जवाब में रूपात्मक पाड़ विरूपण जैसे उन इंटरैक्शन के बीच युग्मन घटनाएं भी जोड़ी जा सकती हैं। हालांकि, मॉडलों को केवल प्रत्येक को प्रायोगिक रूप से मान्य किए जाने के बाद ही विलय किया जाना चाहिए। इस तरह, हम सेलुलर माइक्रोएनवायरमेंट में प्रत्येक घटक के प्रभाव की बेहतर समझ प्राप्त कर सकते हैं, और उत्तेजनाओं को कैसे अनुकूलित किया जा सकता है।

यदि प्रस्तावित मॉडल को प्रायोगिक रूप से मान्य किया जाता है, तो इसे जैविक कोशिकाओं के मॉडल के साथ जोड़ा जा सकता है - चित्र 1। चार्ज घनत्व पैटर्न और मॉड्यूलेशन विषम रूप से विशिष्ट आयन पंपों की गतिविधि को प्रभावित कर सकते हैं, झिल्ली आसंजन63 ड्राइविंग प्रोटीन के फाइबर के प्रति लगाव को प्रभावित कर सकते हैं और इसलिए माइग्रेशन, प्रसार पैटर्न और मॉर्मोजेनेसिस64का मार्गदर्शन कर सकते हैं। उन परिकल्पनाओं की खोज ES के ऊतकों और सेल प्रतिक्रियाओं को रेखांकित तंत्र को समझने में आगे का रास्ता है ।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को क्वांटिटेटिव एंड बायोफिजिकल बायोलॉजी में 4 साल के वेलकम ट्रस्ट पीएचडी प्रोग्राम ने सपोर्ट किया

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Comsol multiphysics 5.2 AC/DC module COMSOL - FEM modelling software

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Verdes, M., Disney, C., Phamornnak, C., Margetts, L., Cartmell, S. Finite Element Modelling of a Cellular Electric Microenvironment. J. Vis. Exp. (171), e61928, doi:10.3791/61928 (2021).

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