使用磁感​​应电击果蝇

电器工程 电感 螺线管 就职 震惊 电刑
2022-01-05 16:20:53

我们正在对果蝇进行电诱导心脏病发作,以测试各种治疗对生存的影响。在我们的对照组中,我们正在争取大约 50% 的生存恢复率。

我在一个研究昆虫心脏功能的实验室工作。我们一直在使用应用于果蝇外部的电极来诱导心脏骤停。这有很多问题,电极的连接是劳动密集型的,甲壳是一个很好的电绝缘体,等等

我是实验室的新手,被要求查看情况,看看我是否对他们如何提高飞行处理和吞吐量有任何想法。我想到了可能将苍蝇放入螺线管中并诱导涡流来电击它们。

尽管我对包括电磁学在内的物理学有很好的本科水平理解,但我在制造电子设备方面的经验非常有限。

我真的不知道从哪里开始。我想只是在网上寻找螺线管,或者只是一个汽车线圈。把果蝇放在一个小塑料管里。在线圈已经从汽车电池运行电流后,将其粘在线圈的核心中。然后突然断开电池的端子,让磁场崩溃,看看果蝇会发生什么。

如果我能证明我们可以在不实际烹饪的情况下让果蝇死亡,我会认为这是一个胜利。我们可以通过线圈使用较低的电压系统地降低我们崩溃的磁场强度,直到我们得到我们的目标,一个可以创造大约 50% 存活率的冲击水平。

我将不胜感激有关如何处理此问题的任何建议,甚至对它是否可行的批评。我是电子爱好者,但还没有真正做过那么多时间,只是一些基本的东西。


这是我正在谈论的物理原理的一个示例,尽管问题更简单,因为我们想要一个破坏性冲击并且没有便携性问题。

https://www.google.com/patents/US5170784

3个回答

心电功能是没有磁场的纯化学势活动。这是因为材料主要是一种绝缘体,它可以描述所有的电介质,具有一定的介电常数,有效串联电阻,(ESR),介电常数的时间,因此需要一定的能量水平激活没有损坏。

ESR 负责电容器中的所有热量以及电极之间的 ESR 和心脏功能造成的皮肤灼伤。

因此,目标必须是最小化 ESR,与手术中直接作用于心肌的能量相比,人体胸部的能量可能是(估计)1000 倍。因此,即使使用大桨和高 k 介电油脂,人体也无法避免衰减。昆虫也会出现类似的问题,并且由于表面积小而变得更加困难。

浸入电介质中将有很大帮助,但可能会淹死昆虫。由于界面电离的低 ESR 和 ESR*Ceq,浪涌是一个高幅度、非常快的衰减。为放电单元和目标并联组合的等效电容。

理想的解决方案是使用适当大小的存储电容和电压,包括用于双绞线的 50pf/m 典型值的电缆,但使用将超过外壳击穿电压 (BDV) 的更高电压

包括 300pF 人类手指模型在内的任何电容中的能量为 E=1/2CV^2,单位为焦耳、法拉和伏特。因此,在 10kV 的情况下,从带有氯丁橡胶鞋的尼龙地毯上的手指会从 300pF 左右的细线 10mm 处起弧 E=1/2 300e-12* 1e4^2= 15 mJ

您可能只需要 1kV 和 1mJ 即可超过 BDV,触发心脏功能或衰竭,并且不制造油炸蛋白。

微波脉冲与电容放电不同,因为存储电容往往过高,无法获得足够高的 BDV。虽然1kW的微波炉可以产生10kV的电压,但能量太大了。

我怀疑昆虫 BDV 可能是 1 到 10 kV/mm(估计值),就像潮湿的木头(不干燥),但不是云母或 kapton,它的 kV/mm 高得多。我相信 pH 值最有可能决定 BDV/mm 甲壳材料的特性,因为这会促进局部放电,这是 BDV 的早期前体。

所以找一个摩擦电荷发生器,制作一些小的薄膜帽或云母系列的小帽 xxx pF 充电至 1kV,然后在与飞体相同尺寸的潮湿木材上进行测试。如果电弧工作约 1 毫米,则观察响应并调整 C 或 V 以微调牙签和电极针头施加到侧面的力,以查看它是否试图以 1 us 的脉冲电流转动。电流感测 R 可与 10:1 探头串联使用,跨过 1kV 额定 R,电阻为 0.1 欧姆,但探头接地和尖端必须移除并直接连接到探头尖端和筒。否则它会响得很糟糕。

现在这就是我要做的。一些技术顾问可以安全地完成充电过程。

否则,请购买非防 ESD 尼龙地毯和氯丁橡胶鞋,并以老式方式进行。哈哈哈。不要忘记针头和合适的油脂。

我会为“射频发生器”设想这样的事情:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

我用一个电压控制开关代替了火花隙,所以它可以在 CircuitLab 中为你模拟。如果您打开电路,请单击 [Simulation],然后单击 [Time-Domain]。将 Start Time 设置为 113.2n,End Time 设置为 113.7n,Time Step 设置为 3p,它将向您显示输出波形的一些估计……大量不均匀间隔的尖峰(产生大量谐波),然后是阻尼8GHz 左右的正弦波。

如果您将图示天线的馈电连接到波导馈电点,那么放置在 qaveguide 任何部分内的任何果蝇(或可能任何小昆虫)都应该很容易受到致命量的射频辐射,恕我直言!

笔记:

  • 5MHz时钟信号选择比较随意,也可以使用其他频率,只需适当调整反激变压器上的绕组即可。
  • D3 和​​ R1 都用于保护时钟源(在没有它们的情况下模拟了一些相当不友好的反馈)。
  • D1 和 D2 将变压器变成“反激”型,对于我来说,这似乎是该电路最适合这种升压的方法。

我怀疑您是否可以直接在该结构中创建“心脏病发作”,原因如下:

  1. 假设细胞模糊地像哺乳动物的心肌,这种结构可能太小而无法维持心律失常。心室颤动取决于心肌再循环去极化波。这种结构非常小,不太可能产生重入波。
  2. 组织对电流密度有反应。这就是导致肌肉去极化和组织发热的原因。很难在心肌中获得高梯度以引起去极化,而不在各处获得高梯度并煮熟苍蝇。也就是说,很难在梯度上获得很大的差异来保护苍蝇并影响心脏。

你知道当前进程的“心脏病发作”的具体机制是什么吗?了解您是否正在造成心律失常或烧灼肌肉会非常有帮助。

也就是说,如果果蝇有这种情况,您可能会成功地在负责启动收缩的细胞附近应用微电极。返回电极需要具有高表面积,因此电流密度会随着与小电极的距离而迅速降低。导电液体可能是一个不错的选择。在这种设置中,您可以限制被烧灼的区域。

在人类心脏中,窦房结是启动每次心跳的一小团细胞。如果果蝇具有类似的结构,那么在它附近施加电流以烧灼这些细胞可能会停止心脏活动,而不会对其他组织造成太大伤害。(哺乳动物实际上有一个起搏器细胞的层次结构,如果细胞“上游”失败,它们将逐渐接管。我猜果蝇没有那种复杂性。)

无论如何,在制定细节的同时,您应该计划大量煮熟的苍蝇。祝你好运!