LT6565B - The high power hybrid electro-magnetoporation system - Google Patents
The high power hybrid electro-magnetoporation system Download PDFInfo
- Publication number
- LT6565B LT6565B LT2017011A LT2017011A LT6565B LT 6565 B LT6565 B LT 6565B LT 2017011 A LT2017011 A LT 2017011A LT 2017011 A LT2017011 A LT 2017011A LT 6565 B LT6565 B LT 6565B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- high power
- magnetoporation
- electric field
- hybrid electro
- electric
- Prior art date
Links
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Magnetic Treatment Devices (AREA)
Abstract
Description
Išradimo aprašymasDescription of the invention
Išradimas priklauso biologinių ląstelių bei audinių membranų permeabilizacijai įvairiems cheminiams junginiams, naudojant kintamus elektrinius ir magnetinius laukus įrenginių sričiai ir gali būti naudojamas in vitro biologinių ląstelių elektroporacijos eksperimentuose. Įrenginys taip pat gali būti naudojamas biologijoje, ląstelės biologijoje medicinoje ar po tam tikrų įrenginio mastelio patobulinimų maisto pramonėje ir gali atlikti cheminių ir biologinių junginių įvedimo, sterilizacijos žemose temperatūrose ar biologinių ląstelių suliejimo funkcijas.The invention belongs to the field of devices for the permeabilization of biological cells and tissue membranes to various chemical compounds using alternating electric and magnetic fields and can be used in in vitro biological cell electroporation experiments. The device can also be used in biology, cell biology medicine, or following certain scale-up improvements in the food industry, and can perform the functions of introducing chemical and biological compounds, sterilizing at low temperatures, or fusing biological cells.
Žinomas analogas yra įrenginys skirtas biologinių ląstelių membranų permeabilizacijai naudojant magnetinius laukus (US 8673623 B2; WO 2009029613 A1), kuris sudarytas iš toroidinės ritės, kuria teka elektros srovė, padengtos izoliuojančia medžiagą. Toroidinė ritė patalpinama į skystą ląstelių suspensiją. Biologinių ląstelių suspensija teka pro toroido vidurį kuriame kuriamas kintamas magnetinis laukas indukuoja kintamą elektrinį lauką. Tokios konstrukcijos įrenginio trūkumas yra tai, jog įrenginys naudoja pratekančią sistemą, kuri reikalauja didelio kiekio tiriamosios medžiagos, taip pat toroido kuriamo elektrinio lauko intensyvumas yra nehomogeniškas visame vidiniame toroido diametre. Tokiu būdu neįmanoma nustatyti tikslaus reikiamo elektroporacijos intensyvumo. Taip pat šis įrenginys generuoja aukšto dažnio nuo 4,5 MHz iki 10 MHz elektrinio lauko impulsus, kas sumažina įrenginio lankstumą, kuomet reikalingi pavieniai elektrinio lauko impulsai.A known analog is a device for the permeabilization of biological cell membranes using magnetic fields (US 8673623 B2; WO 2009029613 A1), which consists of a toroidal coil carrying an electric current coated with an insulating material. The toroidal coil is placed in a liquid cell suspension. The suspension of biological cells flows through the middle of the toroid where the alternating magnetic field generated induces the alternating electric field. The disadvantage of a device of this design is that the device uses a flow-through system that requires a large amount of test substance, and the intensity of the electric field generated by the toroid is inhomogeneous over the entire inner diameter of the toroid. In this way, it is not possible to determine the exact required electroporation intensity. This device also generates high frequency pulses from 4.5 MHz to 10 MHz electric field, which reduces the flexibility of the device when single electric field pulses are required.
Kitas žinomas analogas skirtas in vivo biologinių audinių permeabilizacijai atlikti naudojant kintamus magnetinius laukus (US 20100249488 A1), kuris sudarytas iš planarios ritės, padengtos izoliuojančia medžiaga, kurios viduryje kuriamas kintamas magnetinis laukas. Ritės viduryje palikta kiaurymė, skirta vaistams įnešti j audinį. Tokios konstrukcijos įrenginio trūkumas yra tai, jog įrenginys skirtas tik in vivo biologinių audinių permeabilizacijai. Taip pat kuriamas įrenginio kuriamas kintamas magnetinis laukas yra nehomogeniškas ir sparčiai silpsta tolstant nuo planaraus induktoriaus centro ir padidina poveikio netolygumo riziką.Another known analog is for the in vivo permeabilization of biological tissues using variable magnetic fields (US 20100249488 A1), which consists of a planar coil coated with an insulating material in the middle of which a variable magnetic field is generated. A hole is left in the middle of the spool for inserting drugs into the tissue. The disadvantage of such a device is that the device is only intended for the in vivo permeabilization of biological tissues. The variable magnetic field generated by the device is also inhomogeneous and rapidly weakens as it moves away from the center of the planar inductor, increasing the risk of exposure unevenness.
Išradimo tikslas - padidinti klasikinės elektroporacijos efektyvumą ir sumažinti neigiamus klasikinės elektroporacijos efektus, tokius kaip šilumos įtaka biologiniams objektams ar elektrinio pramušimo rizika.The object of the invention is to increase the efficiency of classical electroporation and to reduce the negative effects of classical electroporation, such as the influence of heat on biological objects or the risk of electric breakdown.
Išradimo tikslas pasiekiamas sinchronizuotai taikant dvi elektroporacijos metodikas - klasikinę elektroporaciją, kuomet biologinės ląstelės ar biologiniai audiniai yra paveikiami trumpalaikiu ns - ms elektriniu lauku, kuriuo metu ląstelės membranos pralaidumas įvairioms cheminėms medžiagoms stipriai padidėja, susidaro poros pro kurias į ląstelės vidų ar išorę gali patekti ne tik mažos, bet ir dideles molekulės, ir biologinių ląstelių membranų permeabilizaciją naudojant stiprius kintamus magnetinius laukus, kuomet biologinės ląstelės ar biologiniai audiniai paveikiami stipriais iki 15 T siekiančiais bei greitą užaugimo frontą (dB/dt) turinčiais impulsiniais elektromagnetiniais laukais.The object of the invention is achieved by synchronous application of two electroporation methods - classical electroporation, when biological cells or biological tissues are exposed to a short-term ns - ms electric field, during which the permeability of the cell membrane to various chemicals is strongly increased. permeation of membranes of only small but also large molecules and biological cells using strong variable magnetic fields, where biological cells or biological tissues are exposed to strong pulsed electromagnetic fields up to 15 T and with a fast growth front (dB / dt).
Kintantis magnetinis laukas darbinėje medžiagoje sukuria kintamą elektrinį lauką, šio lauko poveikis darbinei medžiagai yra panašus į klasikinės elektroporacijos poveikį. Kintamo magnetinio lauko dedamoji užtikrina bekontaktį ir nuo medžiagos elektrinių savybių nepriklausantį poveikį. Taikant siūlomą hibridinę elektromagnetoporacijos sistemą, elektrinis laukas, taikomas standartinėje elektroporacijoje gali būti sumažinamas iki 40 %, ko pasėkoje sumažėja šiluminių procesų bei galimo elektrinio pramušimo įtaka elektroporacijos procesui.The variable magnetic field in the working material creates a variable electric field, the effect of this field on the working material is similar to the effect of classical electroporation. The variable magnetic field component ensures a non-contact effect independent of the electrical properties of the material. With the proposed hybrid electromagnetoporation system, the electric field used in standard electroporation can be reduced by up to 40%, resulting in a reduction in the influence of thermal processes and possible electrical breakdown on the electroporation process.
Išradimas iliustruojamas brėžiniais, parodytais Fig. 1-3.The invention is illustrated in the drawings shown in FIG. 1-3.
Fig. 1 - bendra visos hibridinės elektro-magnetoporacijos sistemos blokinė diagrama. Šiame paveiksle pavaizduotas ryšys tarp atskirų sistemos elementų.FIG. 1 - general block diagram of the whole hybrid electro-magnetoporation system. This figure shows the relationship between the individual elements of the system.
Fig. 2 - bendras didelės galios induktoriaus su integruotais elektrodais vaizdas pjūvyje. Šiame brėžinyje pavaizduotos didelės galios induktoriaus apvijos, elektrodai, šarvas ir induktoriaus pagrindas.FIG. 2 is a general sectional view of a high power inductor with integrated electrodes. This drawing shows the windings, electrodes, armor, and base of the high power inductor.
Fig. 3 - sistemos generuojamų magnetinio ir elektrinio lauko kreivės. Šiame paveiksle pateikiama impulsinio magnetinio ir elektrinio lauko forma, impulsų parametrai.FIG. 3 - magnetic and electric field curves generated by the system. This figure shows the shape of the pulsed magnetic and electric field, the pulse parameters.
Hibridinę elektro-magnetoporacijos sistemą, kaip pavaizduota Fig. 1, sudaro hibridinis elektrinio ir magnetinio lauko generatorius 101 ir didelės galios induktorius 102. Elektrinio ir magnetinio lauko generatorių sudaro vartotojo sąsaja 103, pagrindinis valdymo blokas 104, sinchronizavimo blokas 105, du galvaniškai atskirti didelės galios nuolatinės srovės maitinimo šaltiniai 106 ir 107, didelės galios magnetinio lauko generatorius 108 ir didelės galios elektrinio lauko generatorius 109. Didelės galios induktorių 110, kaip pavaizduota Fig. 2, sudaro induktoriaus apvijos 201, elektrodai 202, tekstolitinis induktoriaus korpusas 203, vertikalia ašimi nukreiptos jėgos kompensavimo šarvas 204, horizontalia ašimi nukreiptos jėgos kompensavimo šarvas 205 ir darbinė ertmė 206.A hybrid electro-magnetoporation system as shown in FIG. 1, comprises a hybrid electric and magnetic field generator 101 and a high power inductor 102. The electric and magnetic field generator comprises a user interface 103, a main control unit 104, a synchronization unit 105, two galvanically separated high power DC power supplies 106 and 107, a high power a magnetic field generator 108 and a high power electric field generator 109. A high power inductor 110, as shown in FIG. 2, comprises inductor windings 201, electrodes 202, a textolithic inductor housing 203, a vertical axis force compensation armor 204, a horizontal axis force compensation armor 205, and a working cavity 206.
Didelės galios hibridinės elektro-magnetoporacijos sistemos veikimasOperation of a high-power hybrid electro-magnetoporation system
Vartotojas, naudodamasis vartotojo sąsaja 103, nustato magnetinio lauko impulsų 301 kiekį nm, generuojamo magnetinio lauko 301 amplitudę B 302. Magnetinio lauko amplitudė B 302 gali būti nustatyta nuo 0 iki 15 T. Taip pat nustato magnetinio lauko impulsų pasikartojimo dažnį fm, maksimalus pasikartojimo dažnis fm, priklausomai nuo generuojamo impulso 301 amplitudės 302, yra 0,1 Hz. Vartotojas nustato elektrinio lauko 303 amplitudę 304 nuo 0 iki 30 kV/cm, impulso ilgį 306 nuo 50 ns iki 1ms, impulsų sinchronizavimo laiką 307, impulsų skaičių ne ir elektrinio lauko impulsų 303 pasikartojimo dažnį fe. Maksimalus elektrinio lauko 301 impulsų pasikartojimo dažnis fe 1 MHz. Atsižvelgiant j vartotojo nustatymus, pagrindinis valdymo blokas 104, automatiškai nustato vienas nuo kito galvaniškai atrištus didelės galios maitinimo šaltinius 106 ir 107 galinčius generuoti iki 3 kV nuolatinę įtampą. Atsižvelgiant j pagrindinio bloko siunčiamą signalą nuolatinės srovės šaltiniai 106 ir 107 atitinkamai pakrauna didelės galios magnetinio lauko generatoriaus 108 ir didelės galios elektrinio lauko generatoriaus 109 kondensatorių baterijas. Nustačius pakrovimo įtampas, pagrindinis valdymo blokas 104 nustato galvaniškai atrištą sinchronizavimo bloką 105 kuris suformuoja magnetinio lauko 108 ir elektrinio lauko 109 generatorių valdymo signalus. Magnetinio lauko generatorius 108, prijungtas prie didelės galios induktoriaus 102 apvijų 201, gavęs sinchronizavimo bloko signalą iškrauna kondensatorių baterijas per didelės galios indikatoriaus 102 apvijas 201. Tokiu būdu suformuojamas magnetinio lauko impulsas 301. Tuo tarpu atsižvelgiant j sinchronizavimo bloko 105 signalą elektrinio lauko generatorius 109, prijungtas prie elektrodų 202 esančių didelės galios induktoriaus 102 ertmėje 206, iškrauna kondensatorių baterijas, tokiu būdu suformuojamas elektrinio lauko impulsas 303. Tiriamasis objektas, naudojant standartines elektroporaciojos kiuvetes, patalpinamas tarp integruotų elektrodų 202 esančių induktoriaus 102 kiaurymėje 206. Didelės galios induktorius 102 yra suprojektuotas taip, kad generuojamo magnetinio lauko nehomogeniškumas induktoriaus 102 kiaurymėje 206 siekia iki 2 %. Tokiu būdu visas tiriamojo objekto tūris yra veikiamas vienodos amplitudės magnetiniu ir elektriniu lauku.The user, using the user interface 103, determines the amount of magnetic field pulses 301 n m , the amplitude B 302 of the generated magnetic field 301. The magnetic field amplitude B 302 can be set from 0 to 15 T. It also determines the frequency of repetition of the magnetic field pulses f m , maximum the repetition frequency f m , depending on the amplitude 302 of the generated pulse 301, is 0.1 Hz. The user sets the amplitude 304 of the electric field 303 from 0 to 30 kV / cm, the pulse length 306 from 50 ns to 1ms, the pulse synchronization time 307, the number of pulses n e, and the repetition frequency f e of the electric field pulses 303. Maximum electric field 301 pulse repetition frequency f e 1 MHz. Depending on the user's settings, the main control unit 104 automatically detects galvanically isolated high power supplies 106 and 107 capable of generating up to 3 kV DC. Depending on the signal sent by the main unit, the DC sources 106 and 107 charge the capacitor batteries of the high power magnetic field generator 108 and the high power electric field generator 109, respectively. After setting the charging voltages, the main control unit 104 sets a galvanically isolated synchronization unit 105 which generates control signals for the magnetic field 108 and electric field 109 generators. The magnetic field generator 108 connected to the windings 201 of the high power inductor 102 discharges the capacitor batteries via the windings 201 of the high power indicator 102 after receiving the signal of the synchronization unit. connected to the electrodes 202 in the cavity 206 of the high power inductor 102 discharges the capacitor batteries, thereby generating an electric field pulse 303. that the inhomogeneity of the generated magnetic field in the hole 206 of the inductor 102 is up to 2%. In this way, the entire volume of the object under study is exposed to a magnetic and electric field of equal amplitude.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2017011A LT6565B (en) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | The high power hybrid electro-magnetoporation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2017011A LT6565B (en) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | The high power hybrid electro-magnetoporation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2017011A LT2017011A (en) | 2018-09-25 |
| LT6565B true LT6565B (en) | 2018-11-12 |
Family
ID=63580132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2017011A LT6565B (en) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | The high power hybrid electro-magnetoporation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6565B (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009029613A1 (en) | 2007-08-31 | 2009-03-05 | The Board Of Regents, The University Of Texas System | Apparatus for performing magnetic electroporation |
| US20100249488A1 (en) | 2009-03-30 | 2010-09-30 | MagneGene, Inc. | Method of contactless magnetic electroporation |
-
2017
- 2017-03-23 LT LT2017011A patent/LT6565B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009029613A1 (en) | 2007-08-31 | 2009-03-05 | The Board Of Regents, The University Of Texas System | Apparatus for performing magnetic electroporation |
| US8673623B2 (en) | 2007-08-31 | 2014-03-18 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Apparatus for performing magnetic electroporation |
| US20100249488A1 (en) | 2009-03-30 | 2010-09-30 | MagneGene, Inc. | Method of contactless magnetic electroporation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2017011A (en) | 2018-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xiao et al. | Subnanosecond electric pulses cause membrane permeabilization and cell death | |
| Schoenbach et al. | Intracellular effect of ultrashort electrical pulses | |
| Novickij et al. | Compact microsecond pulsed magnetic field generator for application in bioelectronics | |
| US10260035B2 (en) | Cell stimulating system | |
| Yao et al. | Analysis of dynamic processes in single-cell electroporation and their effects on parameter selection based on the finite-element model | |
| US8652184B2 (en) | Resonant frequency device | |
| WO2020051241A1 (en) | Methods, systems, and apparatuses for tissue ablation using a modulated exponential decay pulse | |
| Pakhomov et al. | Interference targeting of bipolar nanosecond electric pulses for spatially focused electroporation, electrostimulation, and tissue ablation | |
| Wang et al. | Multichannel power electronics and magnetic nanoparticles for selective thermal magnetogenetics | |
| Denzi et al. | Technological and theoretical aspects for testing electroporation on liposomes | |
| Law et al. | Compact atmospheric pressure plasma self-resonant drive circuits | |
| Novickij et al. | High-pulsed electromagnetic field generator for contactless permeabilization of cells in vitro | |
| Liu et al. | Effect of external electric field on helix plasma plume | |
| US5556418A (en) | Method and apparatus for pulsed magnetic induction | |
| Garner et al. | Time domain dielectric spectroscopy measurements of HL-60 cell suspensions after microsecond and nanosecond electrical pulses | |
| LT6565B (en) | The high power hybrid electro-magnetoporation system | |
| RU2526810C1 (en) | Plasma disinfector for biological tissues | |
| Dedrick et al. | Control of diffuse and filamentary modes in an RF asymmetric surface barrier discharge in atmospheric-pressure argon | |
| Mi et al. | Effects of steep pulsed electric fields (SPEF) on mitochondrial transmembrane potential of human liver cancer cell | |
| JP2006340669A (en) | Cell stimulation device | |
| Joshi et al. | Aspects of lipid membrane bio-responses to subnanosecond, ultrahigh voltage pulsing | |
| Yang et al. | Cell Fragmentation and Permeabilization by a 1 ns Pulse Driven Triple‐Point Electrode | |
| EP3494950B1 (en) | Acupuncture treatment device comprising plasma stimulation device | |
| Lucinskis et al. | Planar inductor for biological experimentation in pulsed magnetic fields | |
| CN105969732B (en) | A kind of neurocyte protection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20180925 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20181023 |
|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20190323 |