Напряженность электрического поля

nds · 23/04/17 305 Россия

Alexey Lk в сообщении #1302130 писал(а):

Да я так чувствую лучше дать сразу ссылку на статью, где это все описано
https://www.sciencedirect.com/science/a ... via%3Dihub

Немного посмотрел.

(кусочек текста)

Platinum electrodes were used to apply a dc electric field
across the nerve samples. Initially, 0.25mm diameter wire
electrodes were wrapped at both ends of the nerve with the
electrode positioned closer to the initial dye application site
serving as the anode. Although this was effective at generating
a field within the nerve, maintaining a tight connection
around the nerve without damaging the tissue and obtaining a
precise distance between the two electrodes proved difficult.
These two issues were successfully addressed by switching to
parallel plate electrodes. Rectangular platinum plates 0.1mm
thick, 20mm high, and 10mm in width were positioned at
both ends of the nerve sample which lay within a channel
formed from plexiglass (Fig. 1).
Voltage was applied across the platinum electrodes using
a high voltage power supply (EC-400, E-C Apparatus Corporation,
St. Petersburg, FL). The field strength was set and
monitored using two tungsten microelectrodes inserted into
the nerve tissue 0.5 cmapart along the length of the nerve. The
differential voltage was used to calculate the field strength
within the nerve. During early trials, field strengths less then
5 V/cm were used, and this resulted in no clear effects on the
diffusion velocity of DiI when applied for periods as long as
72 h. Subsequently, larger field strengths (as high as 70 V/cm)
were tested. Field strengths larger then 45 V/cm frequently
resulted in the nerve sample being forced away from the anodic
electrode, and securing the nerve within the channel
resulted in mechanical distortion of the tissue. However, his
effect was never seen for field strengths at or below 40 V/cm,
so 40 V/cm was chosen as the upper limit for further experiments.

Никогда не думал, что нервы бывают такими толстыми (до 8 мм в диаметре?).
У авторов была проблема с контактом между нервом и электродами.
Непонятно, почему использовались плоские электроды с торцов нерва. Намного проще "прибить" нерв к столу теми же вольфрамовыми электродами, которые использовались для контроля поля. Может быть платиновых "гвоздей" небыло?
Возможно, вам проще будет распять нерв электродами, например, тонкими иглами от шприцов. К иглам подвести напряжение. И если позволяет технология, по этим же иглам вводить краситель в нерв. Диффузия будет быстрее именно по каналу проводимости внутри нерва.
Связать (и контролировать) процесс диффузии с током а не с полем, по-моему, надёжнее. Правда тут без точного амперметра (микро, нано, не знаю) не обойтись.

Alexey Lk · 06/04/18 52

nds спасибо за ответ! Моя схема несколько отличается от того что сделано в этой работе. Я планирую наносить маркер ввиде кристалла непосредственно на срез мозга в конкретное ядро (ядро мозга, не клетки). Срез мозга и будет контактировать с анодом. Конечно там наверняка пойдет электрохимическая реакция с самим маркером, но кристалл крупный так что весь маркер сгореть на электроде не должен (но это надо проверить). ядро мозга в свою очередь связанно с 4 мя другими ядрами, лежащими в глубине мозга. Соответсвенно катод будет контакировать со срезом мозга (но не с самими ядрами) к которому ближе эти ядра. Цельный мозг вданном случае де факто будет выступать в качестве проводника, замыкающего цепь. Тот нерв что они использовали в этом контексте не слишком отличается от моей схемы - такое же скопление отдельных волокон.

Гонять маркер по самому нерву смысла нет, это слишком простой объект - смысл именно в том что бы посмотреть можно ли окрашивать сложные структуры связанные со многими ядрами в пределах мозга

-- 07.04.2018, 15:48 --

PS. А зачем мне точный амперметр/вольтметр? Я же не собираюсь потенциалы мерять между электродами. У меня стабильное напряжение на блоке 48V, длинна мозга не более 12мм, электроды близкие к платиновым - другой только объект. Их блок (из статьи) это EC-400, его преимущество только в том что он позволяет менять значения разных параметров тока, но они сами нашли оптимум 40V/см - так что я не буду особо отходить от их значений.

Или мне нужено в качестве контроля померять значение поля? Я так понял что простых способов этого нет...

nds · 23/04/17 305 Россия

Есть у вас контакт или нет с мозгом (и насколько он качественный) вы сможете узнать только измерив ток. Ваш кристалл маркера может сам служить изолятором.
Измерив ток без маркера и с маркером вы сможете судить вносит ли он изменения в электрическую цепь. Плоские электроды могут просто незаметно отойти.
Много или мало 40 В/см зависит от среды. В статье, как я понял, при поле большем 45 В/см нерв убегал от электродов. А диффузия должна идти лучше.
Но, в принципе, если вы заметите усиленную диффузию, и вам будет достаточно, то мерить не обязательно.
Если же эффекта не будет придётся разбираться почему.

Что то я помню из экспериментов на физике, при 48 вольт между двумя руками уже лицевые судороги бесконтрольные начинаются

. А это 48 В/м а не на сантиметр.
Это я к тому что, не сварился бы мозг за 12 часов. И про пожарную безопасность не забудьте.

Alexey Lk · 06/04/18 52

Кристалл вообще крупный конечно но не настолько что бы блокировать весь срез, он занимает от силы 1/100 площади среза, меня больше волнует что бы он не разложился весь на электроде пока я ток пускаю...

Я согласен, 48 вольт это много, так что я еще 12 вольт попробую.

По поводу сварится мозг или нет - можно поробовать часов на 6 включить ток и потом уже смотреть ядра. Если там будет хоть какое то количество маркера это будет сразу заметно в люминисцентном свете. Хотя по визуальным измениям то же можно судить если что не так пойдет, но да - только опыт покажет насколько это все влияет на ткань.

Alexey Lk · 06/04/18 52

Всем доброго утра! В общем попробовал я протестить мозг заключенный в агаровый блок на физрастворе, приложив электроды и к краям срезов (один случай), и к краям агарового блока (другой случай) - проблемы обнаружились одинаковые - мозг в обоих случаях отходит от электродов спустя час после подачи тока и цепь разрывается. Агар и ткань разлагаются на электроде, я использовал стальные электроды, с благородными инертными материалами пролет, да и по размерам мне подходят именно стальные, я использовал трапецевидные лезвия где то 5 см длинной и 2 шириной. По всей видимости надо помещать мозг в раствор электролита и гонять ток уже через раствор, что бы цепь не разрывалась. Какие могут быть подводные камни? Понимаю что это все более смещается в сторону химии, на форуме физхимиков я то же все описал - но вдруг у кого есть какие мысли?

EUgeneUS · 11/12/16 13854 уездный город Н

Alexey Lk в сообщении #1302889 писал(а):

В общем попробовал я протестить мозг заключенный в агаровый блок на физрастворе,

Зачем на физрастворе? Писал же Вам выше - сопротивление гелиевого блока должно быть много больше, чем сопротивление нерва. Можно попробовать агар на дистиллированной (а лучше на деионизированной) воде. Или гель, из которого делают манекены (не знаю, насколько он подходящий с точки зрения биохимии для консервации нерва). В общем, нужно подобрать гель, такой чтобы
а) сопротивление блока было бы много больше, чем сопротивление нерва.
б) подходящий для консервации нерва.

Alexey Lk в сообщении #1302889 писал(а):

Какие могут быть подводные камни?

Мысли следующие (попробую описать словами, лень рисовать):
1. Изготавливаете гелиевой блок с нервом, так, чтобы хвосты нерва торчали из блока. Они будут "обгорать", ну и фиг на них.
2. Концы блока помещаете в ванны с физраствором. Именно разные ванны, электрически изолированные друг от друга.
3. Помещаете в ванны электроды, пропускаете ток.

Чтобы снизить влияние продуктов электролиза на концы нерва, можно устроить проточные электроды - постоянно сливать физраствор из каждой ванны и добавлять чистый. Сливать - ближе к электроду, добавлять - ближе к концу гелиевого блока, погруженного в ванну.
Важно, чтобы ванны были электрически изолированны друг от друга, то есть системы обновления физраствора должны быть раздельными.

Alexey Lk · 06/04/18 52

На форуме физхимиков мне как раз и посоветовали сделать электролитический мостик между электродами из агара на физрастворе, что бы он проводил ток, там же ионы внутри. Что бы концы среза обгорали - этого нельзя допускать, иначе я не смогу сфотографировать место нанесения, к тому же мне с первых минут стало ясно - нервная ткань не выдержит таких нагрузок, там стальной электрод чернеет на глазах даже на малых напряжениях в 12 вольт.

Мысль какая - если мозг выступает как проводник, замыкающий цепь - то можно ли его самого поместить в другой проводник, который бы обхватывал его со всех сторон, так что бы мозг стал частью этого общего проводника. Агаровый блок на физрастворе как раз и получался таким глобальным проводником с мозгом внутри - но он отслаивается. А физраствор как электролит не может служить сам по себе таким проводником? Если ток проходит по физраствору между двумя электродами (я правда не знаю коротнет или нет) - то почему он не сможет так же проходить через мозг в физрастворе, помещенный между электродами?

В общем мне в любом случае нельзя прикладывать электроды к срезам, но надо что бы ток шел через мозг. Или это нерешаемая задача в принципе?

EUgeneUS · 11/12/16 13854 уездный город Н

Alexey Lk
Давайте по порядку.

1. Есть нервная ткань.
2. В неё нужно поместить краситель, который состоит из ионов (катионов), и исследовать как этот краситель двигается в электрическом поле внутри нервной ткани?

Правильно понимаю задачу?
Если да, то:

1. У нервной ткани есть какая-то не нулевая электропроводность.
2. Может быть даже анизотропная (то есть различная в различных направлениях), из-за сложной структуры нервной ткани.
3. Из пункта 1 и 2 следует, что если мы подадим на нервную ткань разность потенциалов, то через неё потечет ток. Из-за не бесконечной электропроводности.
4. Если нервную ткань поместить в что-то также электропроводное, то будут такие эффект:
а) электропроводная среда будет выступать в роли шунта, ток будет протекать также через неё.
б) конфигурация тока может исказиться: где-то ток будет покидать нерв, где-то втекать в него из окружающей среды.
в) всё это будет отравляться дополнительными продуктами электролиза (не только нервов, но и проводящей среды).

Поэтому среда, в которую будет помещен нерв, должна иметь электропроводность существенно меньше, чем сам нерв.

Alexey Lk в сообщении #1302893 писал(а):

А физраствор как электролит не может служить сам по себе таким проводником? Если ток проходит по физраствору между двумя электродами (я правда не знаю коротнет или нет) - то почему он не сможет так же проходить через мозг в физрастворе, помещенный между электродами?

Физраствор это электролит, ток через него пойдет. Но см. текст выше - ток и пойдет через электролит в основном.
Решается это, как написано в сообщении выше:
1. В физраствор помещаются концы нерва. Каждый в отдельную ванну, которые изолированы друг от друга.
2. А нерв (кроме концов в электролите) помещается в что-то консервирующее, сохраняющее его свойства на время эксперимента. И это что-то должно иметь невысокую электроповодность. (или высокое сопротивление, что тоже самое).

Вообще говоря, если нерв поместить в электропроводную среду, а к среде подать разность потенциалов, то ток через нерв всё равно пойдет. Но вот какое будет падение напряжения на концах нерва и какой будет ток через него, определить будет весьма не просто.

nds · 23/04/17 305 Россия

Физраствор, если это соль запросто будет проводником. Но вам объясняют, что вы можете сделать "жидкие" электроды. Но нельзя чтобы эта же жидкость находилась снаружи мозга -- ток потечёт тогда не внутри а снаружи мозга. Конечно всё зависит от проводимости мозга и физраствора. Но вы не сможете узнать где идёт ток.

Ещё может быть проблема, что ваш маркер вообще не проводит ток.
Предлагаю сначала поэкспериментировать с маркером.
В ванночку с физраствором с электродами без мозга положить кусочек маркера со стороны анода. Весь физраствор достаточно быстро должен окрасится в цвет маркера.
Если не красится, то маркер другой надо искать. Или физраствор другой - не $NaCl$

Alexey Lk · 06/04/18 52

Спасибо за ответы! Я согласен - попробую сначала протестировать сам маркер, потом буду думать по поводу жидких электродов и прочего, надо это все еще раз перечитать и осмыслить

Alexey Lk · 06/04/18 52

Всем снова доброго дня! Я не стал тестировать маркер сам по себе, он слишком легко и быстро диффундирует в растворителе, так что я начал тестировать мозг с маркером сразу. Базовые условия
1) я сделал ванночку, разделенную на две части. В каждую часть помещается 70 мл 0.9% раствора хлорида натрия.
2) ванночка разделена пластиковой перегородкой, в которую я вминтировал мозг (по бокам открытые срезы) с маркером (DiI) на нужной мне структуре. Вмонтировал просто - вырезал отверстие в перегородке, поместил в центр отверстия мозг и залил 5% раствором агара на воде, так что бы концы среза были чистыми, не покрытыми агаром.
3) по обоим концам срезов на мозге поместил стальные электроды так что бы они не соприкасались с мозгом.
4) включил ток с блока питания 48в 0.8А.

Какие выявились косяки:
1) не знаю насколько это критично но жидкость между двумя отсеками все равно циркулирует, толи это течь хотя я все заделал, то ли агар пропускает. Не знаю - но окрашенные продукты электролиза не переходят из одной части ванночки в другую уже на пртяжении часа.
2) напряжение на 48 вольт у меня пустить не вышло, блок питания постоянно вырубался - причины неясны
3) а вот напряжение на 12 вольт получилось пустить совершенно спокойно, блок питания работает стабильно.
4) от стального анода идет столько грязи что мне даже стремно, я пущу ток на 6 часов а потом посмотрю что останется от мозга но выглядит отвратно

Что скажете, на такую схему?

nds · 23/04/17 305 Россия

Ток 0.8А слишком большой для мозга. У вас кипятильник 40Вт получился.
Блок питания отключается скорее всего по превышению тока (со временем проводимость раствора возрастает).
Наверно 12В на 6 часов тоже много будет.

Если грязи много - то конечно ток очень большой. Железо не пойдёт.
Графит в этом случае лучше был бы.
Графит на электродах разрушается из-за некачественной прессовки.
В инете вычитал -- щетки от двигателей или троллейбусные после тренировки лучше с $NaCl$ работают(чище). Или из батарейки электрод.

Alexey Lk · 06/04/18 52

Да я уже понял что железо не вариант, я конечно думал что будет не очень но что настолько! Я попробовал через час сменить раствор и обнаружил что образец мозга перестал существовать...

Надо менять электроды, менять блок питания (а на сколько ампер взять?) и я думаю физраствор надо менять каждые полчаса.

nds · 23/04/17 305 Россия

Блок питания подойдёт. Нужно напряжение уменьшать.

wrest · 05/09/16 12066