Elettrocuzione di una mosca della frutta mediante induzione magnetica

Stiamo inducendo elettricamente attacchi di cuore in moscerini della frutta per testare gli effetti di vari trattamenti sulla sopravvivenza. Stiamo registrando un tasso di recupero di sopravvivenza del 50% circa nel nostro gruppo di controllo.

Lavoro con un laboratorio che sta studiando la funzione cardiaca negli insetti. Abbiamo indotto l'arresto cardiaco usando elettrodi applicati all'esterno della mosca della frutta. Questo ha molti problemi, l'attacco degli elettrodi richiede molto lavoro, il carapace è un buon isolante elettrico, ecc.

Sono nuovo in laboratorio e mi è stato chiesto di esaminare la situazione per vedere se avessi qualche idea su come migliorare la gestione e il rendimento della mosca. Ho avuto l'idea di mettere forse le mosche dentro un solenoide e indurre le correnti di Eddy a scioccarle.

Ho un'esperienza molto limitata nella costruzione di dispositivi elettronici anche se ho una discreta conoscenza a livello universitario della fisica, incluso l'elettromagnetismo.

Non so davvero da dove iniziare qui. Ho pensato di cercare solenoidi online o forse solo una bobina automobilistica. Mettendo la mosca della frutta dentro un tubicino di plastica. Attaccandolo nel nucleo della bobina dopo che la bobina è già in esecuzione corrente da una batteria dell'auto. E poi basta scollegare improvvisamente i terminali della batteria e far crollare il campo magnetico per vedere cosa succede alla mosca della frutta.

A questo punto la considererei una vittoria se solo potessi dimostrare che potremmo far morire la frutta senza realmente cuocerla. Siamo in grado di abbassare sistematicamente l'intensità del campo magnetico che collassiamo usando tensioni più basse attraverso la bobina fino a ottenere quello che è il nostro obiettivo, un livello di shock che crea un tasso di sopravvivenza del 50% circa.

Gradirei qualche consiglio su come affrontare questo o anche le critiche sul fatto che funzionerebbe o meno. Sono un appassionato di elettronica ma non ho fatto molto tempo solo alcune cose di base.

Questo è un esempio del principio fisico di cui sto parlando, sebbene il problema sia più semplice poiché desideriamo un singolo shock dirompente e non abbiamo problemi di portabilità.

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

Le funzioni elettrocardiache sono pura attività potenziale chimica senza campo magnetico, poiché il materiale è principalmente un isolante che descrive tutti i dielettrici, con una costante dielettrica, un'efficace resistenza in serie, (ESR), tempo dielettrico costante che di e quindi richiede una certa Energia livello da attivare senza danni.

L'ESR è responsabile di tutto il calore nei condensatori e delle ustioni cutanee dell'ESR tra gli elettrodi e la funzione cardiaca.

Quindi l'obiettivo deve essere quello di ridurre al minimo l'ESR che richiede forse 1000 volte (indovinare) l'energia sul torace di un essere umano rispetto direttamente al muscolo cardiaco in chirurgia. Pertanto l'attenuazione è inevitabile negli esseri umani anche con palette grandi e grasso dielettrico ad alto k. Un problema simile esiste per te sugli insetti e reso molto più difficile dalla piccola superficie.

L'immersione nel dielettrico aiuterebbe molto, ma forse affogerebbe l'insetto. Il picco è un'ampiezza elevata, un decadimento molto rapido a causa del basso ESR della ionizzazione interfacciale e dell'ESR * Ceq. per la capacità equivalente dell'unità di scarica e del bersaglio combinati in parallelo.

La soluzione desiderata è quella di utilizzare capacità e tensione di memorizzazione di dimensioni adeguate, compresi i cavi a 50pf / m tip per doppino intrecciato, ma utilizzare una tensione più elevata che supererà la tensione di rottura (BDV) del carapace .

L'energia in qualsiasi capacità compreso il modello di dito umano 300pF è E = 1 / 2CV ^ 2 in Joule, Farad e Volt. Quindi un dito a 10kV da un tappeto di nylon con scarpe in neoprene si arcuerà 10mm da un filo sottile con 300pF o almeno E = 1/2 300e-12 * 1e4 ^ 2 = 15 mJ

Potrebbe essere necessario solo 1 kV con 1 mJ per superare il BDV, attivare una funzione cardiaca o un fallimento e non produrre proteine ​​fritte.

Gli impulsi a microonde non sono gli stessi di una scarica di capacità, poiché la capacità di memoria tende ad essere troppo alta per ottenere un BDV sufficientemente alto. Anche se il forno a microonde da 1kW può generare 10kV, è troppa energia.

Sospetto che l'insetto BDV sia forse da 1 a 10 kV / mm (approssimativo) come il legno umido (non secco) ma non mica o kapton che ha un kV / mm molto più alto. Credo che il livello di pH determinerà molto probabilmente le proprietà del materiale del carapace BDV / mm poiché ciò favorisce lo scarico parziale, un precursore precoce del BDV.

Quindi procurati un generatore di carica per attrito e crea un piccolo cappuccio di pellicola o una gamma di mica di piccoli tappi xxx pF per caricare fino a 1kV, quindi prova su legno umido delle stesse dimensioni del corpo della mosca. Se l'arco funziona ~ 1mm, osserva la risposta e regola C o V per mettere a punto le forze di uno stecchino e delle teste dell'ago dell'elettrodo da applicare sul lato per vedere se tenta di girare con la corrente impulsiva in 1 noi. Gli R di rilevamento corrente possono essere utilizzati in serie con sonda 10: 1 su 1kV R nominale con 0,1 ohm, ma la massa e la punta della sonda devono essere rimosse e cablate direttamente alla punta e al cilindro della sonda. Altrimenti suonerà male.

Questo è quello che vorrei fare. Il processo di addebito potrebbe essere eseguito in modo sicuro con un consulente tecnico.

Altrimenti prendi un tappeto in nylon non ESD e scarpe in neoprene e fallo alla vecchia maniera. Hahaha. Non dimenticare le teste degli aghi e il grasso adatto.

Immaginerei qualcosa del genere per il "generatore RF":

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L'ho realizzato con un interruttore controllato in tensione al posto dello spinterometro, quindi sarebbe simulabile in CircuitLab per te. Se si apre il circuito, fare clic su [Simulazione], quindi su [Dominio temporale]. Imposta Start Time su 113.2n, End Time su 113.7n e Time Step su 3p, ti mostrerà una stima della forma d'onda di uscita ... un sacco di punte distanziate in modo non uniforme (dando origine a tonnellate di armoniche), seguite da uno smorzato onda sinusoidale di circa 8 GHz.

Se si collega un feed dall'antenna illustrata a un feedpoint di guida d'onda, allora tutti i moscerini della frutta (o probabilmente eventuali piccoli insetti) posti all'interno di qualsiasi porzione della qaveguide dovrebbero essere abbastanza facili da dosare con una quantità letale di esposizione a RF, IMHO!

APPUNTI:

• Il segnale di clock a 5 MHz è stato scelto in modo piuttosto arbitrario, è possibile utilizzare altre frequenze, è sufficiente regolare gli avvolgimenti sul trasformatore flyback in modo appropriato.
• D3 e R1 sono entrambi per la protezione della sorgente di clock (simulava lì un feedback piuttosto ostile senza di loro).
• D1 e D2 trasformano il trasformatore in un tipo "flyback", che mi è sembrato il metodo più appropriato per questo tipo di voltaggio che mi ha fatto aumentare per questo circuito.

Dubito che tu possa creare direttamente un 'infarto' in quella struttura per un paio di motivi:

1. La struttura è probabilmente troppo piccola per sostenere un'aritmia, supponendo che le cellule siano vagamente simili al muscolo cardiaco dei mammiferi. La fibrillazione ventricolare dipende dal muscolo cardiaco che fa ricircolare l'onda di depolarizzazione. Tale struttura è così piccola che è improbabile che sia in grado di creare un'onda rientrante.
2. Il tessuto risponde alla densità attuale. Questo è ciò che causa la depolarizzazione muscolare e il riscaldamento dei tessuti. Sarebbe molto difficile ottenere un gradiente elevato nel muscolo cardiaco per causare la depolarizzazione senza ottenere un gradiente elevato ovunque e cuocere al volo. Cioè, sarà difficile ottenere una grande differenza nei gradienti per preservare la mosca e influenzare il cuore.

Sai qual è il meccanismo specifico dell '"attacco di cuore" per l'attuale processo? Sarebbe molto utile sapere se stai creando un'aritmia o cauterizzando i muscoli.

Detto questo, potresti avere successo applicando un microelettrodo molto vicino alle cellule responsabili dell'inizio della contrazione, se è quello che hanno i moscerini della frutta. L'elettrodo di ritorno deve avere una superficie elevata, quindi la densità di corrente diminuisce rapidamente con la distanza dal piccolo elettrodo. Un liquido conduttivo potrebbe essere una buona scelta. In quel tipo di installazione è possibile limitare la zona cauterizzata.

In un cuore umano il nodo senoatriale è un piccolo gruppo di cellule che avvia ogni battito cardiaco. Se la mosca della frutta ha una struttura simile, una corrente applicata molto vicino per cauterizzare quelle cellule potrebbe fermare l'azione del cuore senza troppi danni ad altri tessuti. (I mammiferi in realtà hanno una gerarchia di cellule di pacemaker che si impadroniranno progressivamente se le cellule "in cima alla catena" falliscono. Immagino che i moscerini della frutta non abbiano quel tipo di raffinatezza.)

In ogni caso, dovresti pianificare alcune mosche cotte mentre stai elaborando i dettagli. In bocca al lupo!