Finite Element Analysis Of Electric Field For In-Vitro Electropermeabilization

Authors : Serdal ARSLAN, Meriç Arda ESMEKAYA, Ayşe Gülnihal CANSEVEN

Pages : 14-22

View : 13 | Download : 6

Publication Date : 2017-12-30

Article Type : Research Paper

Abstract :Amaç: Farklı elektrik puls değerliklerinde hücre solüsyonundaki elektrik alan değişimlerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Materyal ve Metod: Meme kanseri hücreleri, paralel alüminyum plak elektrotlu 4 milimetre (mm) boşluklu elektroporasyon küvetlerine yerleştirildi. Küvetler, elektroporasyon cihazına bağlanan elektroporasyon odasına alındı. Hücrelere, 0-800 V aralığında genlik ile 8 karesel titreşim (tekrarlama frekansı 1 Hz'lik) uygulanmıştır. Her bir elektrik darbesinin süresi 100 μs idi. Elektroporasyon işlemi elektrostatik özellikler içerdiğinden dolayı Ansys Maxwell 3D Elektrostatik ve Elektrostatik transient modülü kullanılarak analiz işlemleri gerçekleştirilmiştir. Bu özelliğiyle literatürde yeralan diğer çalışmalardan farklıdır. İlk olarak, küvet içinde bulunan elektrotlar paralel plakalı kondansatör yaklaşımı ile kapasitans değeri analitik olarak hesaplanmıştır. İkinci olarak, yazılım ile kapasitans değeri nümerik olarak hesaplatılmıştır. Analitik ve nümerik analiz ile modelin doğruluğu test edilmiştir. Üçüncü olarak, hücre solüsyonundaki elektrik alan değişimi incelenmiştir. Bulgular: Kapasitans (C) formül kullanılarak; 0.5461125 pF olarak hesaplanmıştır. Nümerik analizi neticesinde kapasitans değeri 0.54387 pF olarak bulunmuştur. Elektrik alan değişimi 1998.7-2001,3 V/cm aralığında görülmüştür. Eğer elektrik alan şiddeti çok düşükse, hücrelerde por için gerekli potansiyel değerine (0.7-1V) ulaşılamaz. Solüsyonun köşe kısımlarında elektrik alan değerinin artması beklenen bir sonuçtur. Çünkü yükler köşe noktlarında birikir. 400V uygulandığında, solüsyondaki E değeri 4 4 5.66 10  8.13 10 V/m civarındadır. Böylece membran potansiyeli 0.56-0.81 V'tur. 800V uygulandığında ise, E değeri 5 5 1.035 10 1.82 10 V/m civarındadır. Böylece membran potansiyeli 1.03- 1.82 V'tur. Sonuç: Analitik ve nümerik analiz arasındaki kapasitans değeri hata oranı %0.047 olarak görülmüştür. Benzetim çalışmasındaki model ile uygulamadaki gerçek model uyuşması beklenmektedir. Solüsyon miktarı arttıça kapasitans doğrusal olarak değişmektedir. 400V uygulandığında yada 1000 V/cm elektrik alan değerlerinde solüsyondaki hücrelerin geçirgenliği azdır. Ancak gerilim 800V değerine yükseltildiğinde hücrelerin geçirgenliğinde önemli bir artış beklenmektedir.
Keywords : Elektropermabilizasyon, Elektroporasyon, Elektrik Geçici Hal Analizi, In Vitro, Sonlu Elemanlar Analizi