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।
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।
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 ।
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 ।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को क्वांटिटेटिव एंड बायोफिजिकल बायोलॉजी में 4 साल के वेलकम ट्रस्ट पीएचडी प्रोग्राम ने सपोर्ट किया
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