RU2709822C2 - Система формирования электрических импульсов с использованием емкостной связи - Google Patents

Система формирования электрических импульсов с использованием емкостной связи Download PDF

Info

Publication number
RU2709822C2
RU2709822C2 RU2016127559A RU2016127559A RU2709822C2 RU 2709822 C2 RU2709822 C2 RU 2709822C2 RU 2016127559 A RU2016127559 A RU 2016127559A RU 2016127559 A RU2016127559 A RU 2016127559A RU 2709822 C2 RU2709822 C2 RU 2709822C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
sample
capacitive element
sample holder
processor
Prior art date
Application number
RU2016127559A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016127559A (ru
RU2016127559A3 (ru
Inventor
Антонио КАЙАФА
Василь Богдан НЕКУЛАЕС
Аллен Лоуренс ГАРНЕР
Эндрю Солис ТОРРЕС
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2016127559A publication Critical patent/RU2016127559A/ru
Publication of RU2016127559A3 publication Critical patent/RU2016127559A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2709822C2 publication Critical patent/RU2709822C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/15—Devices for taking samples of blood
    • A61B5/150007—Details
    • A61B5/150755—Blood sample preparation for further analysis, e.g. by separating blood components or by mixing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/49—Blood
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits

Abstract

Изобретение относится к электрическим воздействиям в импульсной форме, таким как клеточная терапия. Система для обработки образца электрическими импульсами содержит память; дисплей; пользовательское устройство ввода; держатель образца, содержащий первый электрод и второй электрод, размещенные на противоположных сторонах держателя образца, сконфигурированного для приема контейнера для образца; схему формирования импульсов для подачи импульса на первый и второй электроды; емкостной элемент, внешний по отношению к держателю образца и включенный последовательно между схемой формирования импульсов и держателем образца; и процессор для выполнения хранящихся в памяти инструкций для управления схемой формирования импульсов, которая сконфигурирована для емкостной связи с контейнером для образца. При этом схема формирования импульсов содержит схему, подключенную к первому и второму электродам и позволяющую импульсу обходить емкостной элемент, и процессор сконфигурирован для приема вводимой информации от пользовательского устройства ввода для управления схемой формирования импульсов так, чтобы позволить импульсу либо обойти емкостной элемент, либо пройти через емкостной элемент. Изобретение обеспечивает возможность быстрого выбора оператором используемого типа подключения, при использовании разных типов контейнеров. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Предпосылки создания изобретения
[0001] Изобретение, описанное в настоящем документе, относится, в общем, к прикладным технологиям, в которых используют электрическое воздействие в импульсной форме, таким, например, как клеточная терапия и иные медицинские приложения.
[0002] Импульсная энергия имеет множество применений в различных отраслях техники, например, в медицинской отрасли, в биотехнологиях, в пищевой промышленности, при обработке воды (например, водоочистке), для очистки выхлопных газов, для выработки азота или для ионной имплантации. Одним из примеров является трансфекция - медицинская технология, которую применяют для пермеабилизации клеточных мембран для введения плазмидов ДНК в клетку. Эта технология, которую также называют электропорацией, как правило, подразумевает подачу электрических импульсов, уровня и длительности которых хватает для пермеабилизации мембраны клетки, не убивая саму клетку. Как только мембрана клетка становится «негерметичной», ДНК из окружающего буферного раствора проникает в клетку. Стимуляцию импульсным электричеством используют также в некоторых методах тромбоцит-активационных воздействий, применяемых как на живом организме, так и вне организма.
[0003] Часто в медицинских технологиях, подразумевающих применение импульсной энергии, система формирования импульсов имеет прямое соединение с контейнером (например, кюветой), содержащим подвергаемый воздействию образец. В системе с прямой (т.е. гальванической) связью, ток, соответствующий электрическому импульсу, протекает непосредственно через образец. Для электропорации обычно применяют прямоугольные импульсы, которые допускают регулировку ширины, амплитуды, количества импульсов в серии и частоты их повторения. В этом случае необходимы специальные контейнеры, выполненные из проводящего материала (т.е. металла), которые могут быть дорогостоящими или могут не подходить для биологических или биохимических образцов.
Краткое описание изобретения
[0004] Ниже кратко описаны некоторые из вариантов осуществления изобретения, входящие в объем настоящей заявки. Эти варианты осуществления изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения. Напротив, их единственное предназначение - краткое описание возможных форм реализации настоящего изобретения. Так, в объем настоящего изобретения также входит множество различных форм, которые могут быть аналогичны рассмотренным ниже вариантам осуществления изобретения или отличаться от них.
[0005] В первом варианте осуществления настоящего изобретения система формирования электрических импульсов содержит память, дисплей и пользовательское устройство ввода. Система формирования импульсов также содержит держатель образца, который включает первый и второй электроды, размещенные на обеих сторонах контейнера, содержащего образец. Система формирования импульсов содержит схему формирования импульсов, которая сконфигурирована для подачи импульса на первый и второй электроды, а также емкостной элемент, размещенный между схемой формирования импульсов и вторым электродом. Схема формирования импульсов связана с контейнером путем емкостной связи. Система формирования импульсов также содержит процессор, который сконфигурирован для выполнения хранящихся в памяти инструкций для управления схемой формирования импульсов.
[0006] Во втором варианте осуществления настоящего изобретения система формирования электрических импульсов содержит память, дисплей и пользовательское устройство ввода. Система формирования импульсов также содержит держатель образца, который включает первый и второй электроды, размещенные на обеих сторонах контейнера, содержащего образец. Система формирования импульсов содержит схему формирования импульсов, которая сконфигурирована для подачи импульса на первый и второй электроды, а также емкостной элемент, размещенный между схемой формирования импульсов и вторым электродом. Емкостной элемент может быть съемным или может быть шунтирован в процессе работы системы формирования импульсов. Система формирования импульсов также содержит процессор, который сконфигурирован для выполнения хранящихся в памяти инструкций для управления схемой формирования импульсов и для управления тем, как схема формирования импульсов подключается к образцу, например посредством прямой или емкостной связи.
[0007] В третьем варианте осуществления настоящего изобретения способ содержит взятие крови у пациента. Конфигурацию последовательности из одного или более электрических импульсов определяют на основе требуемого параметра, ассоциированного с высвобождением фактора роста. Образец крови или образец богатой тромбоцитами плазмы, полученный из образца крови, затем подвергают воздействию последовательности из одного или более импульсных электрических полей посредством системы формирования импульсов с емкостной связью, для стимуляции высвобождения фактора роста в образце крови или богатой тромбоцитами плазме.
[0008] В четвертом варианте осуществления настоящего изобретения система формирования электрических импульсов может содержать память, дисплей и пользовательское устройство ввода. Система формирования электрических импульсов также может содержать держатель образца, который включает первый электрод и второй электрод, размещенные на противоположных сторонах держателя образца, при этом держатель образца сконфигурирован для приема контейнера для образца, а схема формирования импульсов сконфигурирована для подачи первого импульса и второго импульса на первый и второй электроды. Первый импульс имеет длительность импульса и первую напряженность электрического поля, а второй импульс имеет ту же длительность импульса и вторую напряженность электрического поля. Первая напряженность электрического поля и вторая напряженность электрического поля являются противоположными по знаку. Система формирования электрических импульсов также может содержать процессор, который сконфигурирован для выполнения хранящихся в памяти инструкций для управления схемой формирования импульсов.
Краткое описание чертежей
[0009] Эти и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения могут быть поняты более детально при прочтении приведенного ниже подробного описания, выполненного со ссылками на приложенные чертежи, на всех из которых аналогичными символами обозначены аналогичные элементы, где:
[0010] фиг. 1 представляет собой блок-схему системы формирования импульсов с емкостной связью и нагрузку, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0011] фиг. 2 представляет собой блок-схему системы формирования импульсов и нагрузку по фиг. 1, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0012] фиг. 3 представляет собой блок-схему системы формирования импульсов и нагрузку по фиг. 1, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0013] фиг. 4 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую способ запуска высвобождения фактора роста в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0014] фиг. 5 представляет собой блок-схему системы формирования импульсов, в которой нагрузка подключена одновременно посредством емкостной и прямой связи, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
[0015] фиг. 6 представляет собой график, отражающий количество тромбоцитарного фактора роста, секретированного в неактивированной богатой тромбоцитами плазме (PRP), в неактивированном образце цельной крови, и в образце богатой тромбоцитами плазмы, подключенном к системе формирования импульсов посредством емкостной связи;
[0016] фиг. 7 представляет собой график, отражающий количество тромбоцитарного фактора роста, секретированного в неактивированной богатой тромбоцитами плазме (PRP), в неактивированном образце цельной крови, и в образце богатой тромбоцитами плазмы, подключенном к системе формирования импульсов посредством емкостной связи; и
[0017] фиг. 8 представляет собой график, отражающий количество тромбоцитарного фактора роста, секретированного в различных образцах крови при использовании различных подходов, включая подходы, рассмотренные в настоящем документе.
Подробное описание изобретения
[0018] Ниже будут описаны один или более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Для краткости описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения в настоящем документе могут быть рассмотрены не все детали их конкретных реализаций. Нужно понимать, что в ходе разработки любых подобных фактических реализаций, как и в любых других инженерных или конструкторских проектах, для достижения конкретных целей разработчиком необходимо принятие множества решений, зависящих от конкретной реализации. Например, такими целями могут быть соответствие системным или экономическим ограничениям, и эти цели могут отличаться в каждой конкретной реализации. При этом, также, нужно понимать, что подобные проектно-конструкторские работы могут быть сложными и времязатратными, однако для специалистов в данной области техники, способных применять настоящее изобретение на практике, являются стандартными и привычными процедурами, выполняемыми на этапах проектирования и производства.
[0019] При описании элементов в различных вариантах осуществления настоящего изобретения выражения «один из», «некоторый», «данный» или «упомянутый» подразумевают наличие одного или более подобных элементов. Термины «содержит», «включает» и «имеют» употреблены в неисключающем смысле, то есть, помимо явно перечисленных элементов могут присутствовать также и другие, дополнительные элементы.
[0020] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе формирования импульсов для прикладных технологий, в которых используют импульсную энергию. А именно, рассмотренные здесь варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе формирования импульсов, применяемой в медицинских технологиях, где нагрузкой может быть биологический образец, помещенный в кювету или другой подходящий сосуд. Система формирования импульсов может быть подключена к соответствующей нагрузке посредством емкостной связи, или, в некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения, одновременно посредством емкостной и прямой связи. Если нагрузка может быть подключена к системе формирования импульсов одновременно посредством емкостной и прямой связи, у оператора может быть возможность выбора используемого типа подключения. В данном документе варианты осуществления настоящего изобретения относятся к конкретной медицинской технологии, однако при этом нужно понимать, что они являются исключительно примерами возможных применений настоящего изобретения. Соответственно, предложенные методы могут быть реализованы, к примеру, в других технологиях медицинской отрасли, в биотехнологиях, в пищевой промышленности, в технологиях водообработки (например, водоочистке), очистки выхлопных газов, выработки азота или для ионной имплантации. В частности, образцы, подвергаемые воздействию электрических импульсов, могут быть образцами, используемыми в медицинской отрасли, в биотехнологиях, в пищевой промышленности, в технологиях водообработки (например, водоочистке), очистки выхлопных газов, выработки азота или ионной имплантации.
[0021] С учетом вышесказанного рассмотрим фиг. 1, на которой проиллюстрирована система 10 формирования импульсов. Система 10 формирования импульсов может содержать схему 12 формирования импульсов и нагрузку 14. Нагрузка 14 может содержать наборы (или массивы) электродов 16 и 18, при этом электроды 16 и 18 могут быть выполнены с возможностью пропускания тока высокой силы, например, в диапазоне 0,01-35 кА. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения электроды 16 и 18 разнесены и находятся на противоположных сторонах кюветы 20. То есть, кювета 20 размещена между электродами 16 и 18 и находится в контакте с ними, при этом электроды подключены к генератору импульсов через контакты 22. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения кювета 20 сконфигурирована для удержания биологического или биохимического образца 24, например, образца крови. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения кювета 20 может сниматься и/или удаляться из держателя 26 образца. Соответственно, когда кювета 20 введена в держатель, а электроды 16 и 18 соединены с контактами 22, генератор импульсов может формировать электрические импульсы, которые будут воздействовать на образец 24 в кювете 20. В проиллюстрированных вариантах осуществления настоящего изобретения показана кювета 20, однако при этом следует понимать, что кювета является лишь одним из примеров контейнера для образца, и что между электродами 16 и 18 может быть установлен любой подходящий контейнер, сконфигурированный для удержания образца. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения кювета 20 или соответствующий держатель образца может проводить электрические импульсы. Кювета 20 разделяет электроды 16 и 18 друг с другом. В приведенном выше описании рассмотрена кювета, удерживающая биологический образец, однако нужно понимать, что нагрузка 14 может содержать любой подходящий образец, в котором достигается полезный результат за счет воздействия электрическими импульсами, а также соответствующий держатель образца.
[0022] В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения система 10 может содержать подходящую схему управления и схему ввода, и может быть выполнена в специальном выделенном корпусе, или может быть подключена к компьютеру, или к другой процессорной системе. Система 10 может содержать процессор 28, который управляет схемой 12 формирования импульсов. Другие компоненты системы 10 могут содержат память 30, в которой хранят инструкции для выполнения процессором 28. Такие инструкции могут содержать протоколы и/или параметры для электрических импульсов, формируемых посредством схемы 12 формирования импульсов. Процессор 28, например, может содержать однокристальные или многокристальные микропроцессоры общего назначения. При этом процессор 28 также может быть любым традиционным процессором, например, заказным процессором или заказной интегральной схемой. Память 30 может представлять собой запоминающее устройство большой емкости, запоминающее устройство на базе флеш-памяти, съемное запоминающее устройство и т.п. При этом дисплей 32 может предоставлять оператору индикацию, связанную с работой системы 10. Система 10 может содержать пользовательское устройство 34 ввода (например, клавиатуру, компьютерную мышь, сенсорный экран, шаровой манипулятор («трекбол»), наладанное устройство, или контроллер, или любую комбинацию из перечисленного) для включения схемы 12 формирования импульсов и/или для выбора подходящих параметров.
[0023] В рассмотренном варианте осуществления настоящего изобретения систему 10 применяют для тромбоцит-активационного воздействия вне организма. К примеру, образцом может быть препарат крови, взятой из тела и обработанной для повышения концентрации тромбоцитов (например, богатая тромбоцитами плазма). В других вариантах осуществления настоящего изобретения система 10 может применяться для методов, реализуемых в живом теле. Соответственно, система 10 может быть реализована в виде жезла или другого портативного устройства с разнесенными электродами, подающими электрические импульсы на нагрузку или внутрь нагрузки.
[0024] Подразумевается, что предложенная в настоящем изобретении система 10 формирования импульсов, может быть реализована в виде узкоспециализированного устройства (например, предназначенного только для тромбоцит-активационного воздействия) или в виде многоцелевого устройства, которое может использоваться и в других приложениях воздействия электрическим полем, например, помимо тромбоцит-активационного воздействия, также и в электропорации, в соответствии с описанием в настоящем документе. Также, система 10 может быть сконфигурирована для формирования электрических импульсов согласно одному или более протоколам. Протоколы могут формироваться путем пользовательского ввода и/или могут храниться в памяти 30 и выбираться пользователем. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система 10 может функционировать без пользовательского ввода, в соответствии с протоколом активации, за исключением вводимой информации, необходимой для запуска активации после загрузки образца 24. В таком варианте осуществления настоящего изобретения схема 12 формирования импульсов может работать под управлением процессора 28 и выполнять единственный протокол с заранее заданной напряженностью электрического поля, длительностью импульсов и/или суммарным временем воздействия. Такой протокол может быть определен в результате экспериментов или теоретических исследований. В других вариантах осуществления настоящего изобретения система 10 может быть сконфигурирована для приема вводимой информации от пользователя, связанной с напряженностью электрического поля, длительностью импульсов и/или суммарным временем воздействия. Также, система 10 может быть сконфигурирована для формирования импульсов определенной формы или для формирования последовательности импульсов, которые могут отличаться друг от друга в соответствии с параметрами, заданными пользовательским вводом и/или хранимым протоколом.
[0025] Импульсы, формируемые системой 10 могут иметь длительность от приблизительно 1 нс до приблизительно 10 мкс, а напряженность электрического поля может составлять от 0,1 кВ/см до 350 кв/см, в зависимости от конкретного применения. Расстояние между электродами 16 и 18 может влиять на напряженность электрического поля, которое задано как отношение приложенного напряжения к ширине зазора между электродами. К примеру, если кювета обеспечивает зазор между электродами, равным 1 см, то приложение к кювете 1 кВ дает напряженность электрического поля, равную 1 кВ/см. Импульсы, формируемые системой, могут давать по меньшей мере 10 кВ/см, 50 кв/см и т.п., однако не допускается превышение поля пробоя образца 24.
[0026] В традиционных системах систему формирования импульсов подключают непосредственно к соответствующей нагрузке, в результате чего ток протекает непосредственно из схемы формирования импульсов через образец. Саму кювету, или в более общем случае, контейнер для образца, выполняют, в том числе, из проводящего материала (т.е. металла), что может быть дорогостоящим или нежелательным, например, из-за свойств образца. Также контакт с металлической поверхностью может приводить к загрязнению образца. В некоторых случаях кювета 20 также должна обладать определенными характеристиками, снижающими риск электрического пробоя (например, образования дуги).
[0027] Для того чтобы понизить или полностью снять требования, предъявляемые к держателю образца, которым в проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения является кювета 20, система 10 формирования импульсов может быть соединена с нагрузкой 14 посредством емкостной связи. Система 10 может включать емкостной элемент 36, размещенный между схемой 12 формирования импульсов и образцом 24, в соответствии с иллюстрацией фиг. 1. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения емкостной элемент может быть размещен между схемой 12 формирования импульсов и электродом 16. В системе 10 с емкостной связью емкостной элемент 36 исключает протекание постоянного тока (direct current, DC) через образец 24 и обеспечивает протекание, через образец, двуполярных импульсных токов.
[0028] Емкостной элемент 36 может представлять собой любой подходящий компонент или материал, выполняющий роль конденсатора и соединенный последовательно с образцом 24. К примеру, емкостной элемент 36 может быть конденсатором, установленным на краю схемы 12 формирования импульсов, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 2. Конденсатор 36 также может быть подключен между электродом 16 и образцом 24, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 3. К примеру, в кювете, конденсатор 36 может быть закреплен в полости, расположенной между электродом 16 и держателем 26 образца.
[0029] В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения емкостным элементом 36 может быть собственно кювета 20, или в более общем случае, контейнер для образца. Кювета 20 может быть выполнена из непроводящего материала (например, из кварца или пластика), что позволяет ей функционировать в качестве конденсатора. Непроводящие материалы могут быть более дешевыми, более удобными для стерилизации и менее подверженными загрязнению, нежели проводящие материалы. Непроводящие материалы также могут быть более легкодоступными. К примеру, если систему 10 применяют для тромбоцит-активационного воздействия, то держатель 26 образца может быть шприцом, используемым для взятия образца 24 (т.е. крови).
[0030] В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения система 10 формирования импульсов с применением емкостной связи может быть сконфигурирована для формирования двуполярных импульсов. Процессор 28 может управлять схемой 12 формирования импульсов таким образом, чтобы формировались два электрических импульса, друг за другом. Эти два электрических импульса могут иметь одинаковую длительность. Однако амплитуды этих электрических импульсов могут быть противоположными по знаку. К примеру, первый электрический импульс может иметь напряженность электрического поля, равную 50 кВ/см, тогда как второй электрический импульс может иметь напряженность электрического поля, равную -50 кВ/см. Нужно понимать, что первый импульс может иметь положительную полярность, а второй импульс может иметь отрицательную полярность, или, наоборот, при условии, что полярность первого импульса будет противоположной полярности второго импульса.
[0031] Системы формирования импульсов с применением емкостной связи имеют преимущества в отношении результатов электрической стимуляции образцов. К примеру, в методах тромбоцит-активационного воздействия с использованием электрической стимуляции высвобождения фактора роста может быть различной и зависеть от типа электрических импульсов, подаваемых системой формирования импульсов с емкостной связью. К примеру, электрический импульс А может вызывать немедленное высвобождение фактора роста А и последующее высвобождение фактора роста В. С другой стороны, электрический импульс В может обеспечивать постоянную скорость высвобождения фактора роста А, с высвобождением, посередине этого процесса, фактора роста В. Характеристики импульсов, от которых зависит высвобождение фактора роста, могут быть определены путем экспериментальных исследований. Эти конфигурации импульсов могут быть встроены в протоколы, хранимые в памяти 30, или могут быть заданы пользовательским вводом.
[0032] Способ 40 запуска высвобождения фактора роста, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 4, может применяться в сочетании с системой 10. Нужно понимать, что некоторые из шагов способа 40 могут выполняться оператором, тогда как другие шаги способа могут выполняться системой 10. На шаге 42 оператор (например, врач или медсестра) берет кровь у пациента, которую затем на шаге 44 центрифугируют и получают образец богатой тромбоцитами плазмы (PRP). В рассмотренной реализации на шаге 46 оператор задает нужную последовательность и конфигурацию из одного или более импульсов, которые будут поданы на образец богатой тромбоцитами плазмы (PRP) для обеспечения высвобождения заданного количества факторов роста. В других вариантах осуществления настоящего изобретения оператор может определять требуемую последовательность импульсов на основе требуемого типа секретируемых факторов роста и/или требуемой скорости высвобождения. В ходе шага 48 образец богатой тромбоцитами плазмы (PRP) подвергают воздействию одного или более импульсов, что вызывает высвобождение фактора роста на шаге 50. Наконец, на шаге 52 факторы роста забирают из образца богатой тромбоцитами плазмы (PRP).
[0033] Тогда как в части применений более эффективной может быть емкостная связь, в других применениях, напротив, более эффективной может быть прямая связь. Соответственно, в системе 10 формирования импульсов желательно иметь возможность выбора типа подключения к нагрузке 14, прямого или емкостного, в зависимости от конкретного применения. К примеру, как упоминалось выше, емкостной элемент 36 может быть конденсатором, подключенным между электродом 16 и держателем 26 образца. Конденсатор 36 может быть съемным, то есть в системе 10 в нормальных условиях может применяться прямая связь, а когда необходима емкостная связь, оператор может устанавливать конденсатор 36. Аналогично, оператор может применять проводящий держатель 26 образца, когда необходима прямая связь, и непроводящий держатель 26 образца, когда необходима емкостная связь.
[0034] Альтернативно, схема 12 формирования импульсов может содержать схему, которая пропускает ток непосредственно в нагрузку 14 (т.е. обеспечивают прямую связь) или перенаправляет ток (обеспечивая емкостную связь) через емкостной элемент 36, поключенный перед нагрузкой 14, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 5. К примеру, схема 12 формирования импульсов может содержать, включенные параллельно друг другу, прямую связь с нагрузкой 14 и емкостной элемент 36 (например, конденсатор), соединенный последовательно с нагрузкой 14 (т.е. емкостную связь). Процессор 28 может управлять двумя переключателями 54, которые обеспечивают пропускание тока в нагрузку 14 либо через прямую связь, либо через емкостную связь. Переключатели 54 могут представлять собой любое устройство, способное переключаться, с возможностью выбора, между состоянием электрической проводимости и состоянием обрыва электрической проводимости, например, управляемые кремниевые выпрямительные диоды, транзисторы большой мощности, релейные переключатели или аналогичные устройства. Альтернативно, процессор 28 может управлять другими устройствами, например, аналоговыми или цифровыми мультиплексорами, которые обеспечивают выбор схем, соответствующих требуемому типу подключения. Процессор 28 может принимать пользовательский ввод с указанием, какую из схем подключения необходимо использовать в системе 10. Протоколы, хранимые в памяти 30 и определяющие характеристики формируемых импульсов, также могут определять какая связь, прямая или емкостная, должна применяться.
[0035] В некоторых применениях более предпочтительной может быть подача последовательности электрических импульсов в нагрузку 14 с чередованием прямой и емкостной связи. Такие конфигурации импульсов могут быть встроены в протоколы, хранимые в памяти 30, или могут быть заданы пользовательским вводом.
Примеры
Управление количеством высвобожденного фактора роста при тромбоцит-активационном воздействии
[0036] На фиг. 6 для образцов крови различных типов показано количество высвобожденного фактора роста после электрической стимуляции в соответствии с настоящим описанием, при применении способа с емкостной связью. Результаты показаны для образцов, среди которых: неактивированный образец богатой тромбоцитами плазмы (PRP), неактивированный образец цельной крови, и образец богатой тромбоцитами плазмы, который был активирован электрической стимуляцией в системе формирования импульсов с емкостной связью. Образцы богатой тромбоцитами плазмы были подвергнуты воздействию двуполярных импульсов напряжения 700 В (напряженность электрического поля, равна 3,5 кВ/см) с током 30 А. В соответствии с иллюстрацией, количество тромбоцитарного фактора роста (platelet derived growth factor, PDGF), присутствующее в подключенном посредством емкостной связи образце богатой тромбоцитами плазмы, почти в два раза выше, чем в неактивированном образце тромбоцит-активационного воздействия и в образце цельной крови.
[0037] На фиг. 7 проиллюстрировано количество высвобожденного фактора роста в образцах того же типа, что и на фиг. 6. Однако здесь более высокое напряжение, поданное через емкостную связь, стимулирует большее высвобождение фактора роста, по сравнению с базовым уровнем неактивированной богатой тромбоцитами плазмы и цельной крови. В данном случае, подключенные посредством емкостной связи образцы богатой тромбоцитами плазмы были подвергнуты воздействию двуполярных импульсов напряжения 1200 В (напряженность электрического поля, равна 6 кВ/см) с током в 60 А. Количество тромбоцитарного фактора роста (PDGF), присутствующее в подключенном посредством емкостной связи образце богатой тромбоцитами плазмы, в шесть раз превышает его количество в неактивированном образце тромбоцит-активационного воздействия и в тринадцать раз превышает количество, имеющееся в образце цельной крови. В соответствии с иллюстрацией, когда система формирования импульсов подключена к образцу посредством емкостной связи, характеристики напряжения и тока электрической стимуляции влияют на количество высвобожденного фактора роста по сравнению с базовым уровнем. Для дальнейшей иллюстрации эффективности системы формирования импульсов с емкостной связью рассмотрим фиг. 8, где сравнивается количество PDGF, секретированного в неактивированном образце богатой тромбоцитами плазмы, в образце цельной крови, не подвергнутом электрической стимуляции, в образце крови, активированной бычьим тромбином, и в подключенном посредством емкостной связи образце богатой тромбоцитами плазмы.
[0038] Один или более рассмотренных вариантов осуществления настоящего изобретения, по отдельности или в различных комбинациях, могут давать один или более технических эффектов, полезных при подаче импульсной энергии в различных применениях. В некоторых из вариантов осуществления настоящего изобретения операторы могут использовать, в качестве держателей образца в системах формирования импульсов, непроводящие материалы. К примеру, в предложенной системе формирования импульсов с емкостной связью в качестве держателя образца может использоваться шприц или другой пластиковый контейнер. Подобные непроводящие держатели образцов могут быть менее дорогостоящими, проще стерилизуемыми и более доступными, чем держатели образцов, применяемые в традиционных системах формирования импульсов. При этом образцы, проходящие электрическую стимуляцию с применением предложенной системы формирования импульсов с емкостной связью, могут отличаться в зависимости от применяемых импульсов. К примеру, изменение параметров импульсов в предложенной системе формирования импульсов с емкостной связью, применяемой для тромбоцит-активационного воздействия, может менять количество высвобожденных факторов роста. В других вариантах осуществления настоящего изобретения операторы также могут иметь возможность применения прямой или емкостной связи в системах формирования импульсов. К примеру, предложенная система формирования импульсов может содержать соответствующие схемы управления и схемы формирования импульсов, которые пропускают ток непосредственно в образец (т.е. обеспечивают прямую связь) или перенаправляют ток через емкостной элемент (т.е. обеспечивают емкостную связь). Технический эффект и технические задачи, описанные в настоящем документе, являются исключительно иллюстративными и неограничивающими. Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения, рассмотренные в настоящем описании могут иметь другие технические эффекты и могут решать отличающиеся технические задачи.
[0039] В настоящем документе были проиллюстрированы и описаны конкретные отличительные признаки настоящего изобретения, однако специалистам в данной области техники могут быть очевидными множество его модификаций и изменений. Соответственно, нужно понимать, что приложенная формула изобретения призвана охватить все такие модификации, замены, изменения и эквивалентные элементы как соответствующие сущности настоящего изобретения и попадающие в объем его правовой защиты.

Claims (18)

1. Система для обработки образца электрическими импульсами, содержащая:
память;
дисплей;
пользовательское устройство ввода;
держатель образца, содержащий первый электрод и второй электрод, размещенные на противоположных сторонах держателя образца, при этом держатель образца сконфигурирован для приема контейнера для образца;
схему формирования импульсов, сконфигурированную для подачи импульса на первый и второй электроды;
емкостной элемент, внешний по отношению к держателю образца и включенный последовательно между схемой формирования импульсов и держателем образца; и процессор, сконфигурированный для выполнения хранящихся в памяти инструкций для управления схемой формирования импульсов, при этом схема формирования импульсов сконфигурирована для емкостной связи с контейнером для образца,
при этом схема формирования импульсов содержит схему, подключенную к первому и второму электродам и позволяющую импульсу обходить емкостной элемент, и
процессор сконфигурирован для приема вводимой информации от пользовательского устройства ввода для управления схемой формирования импульсов так, чтобы позволить импульсу либо обойти емкостной элемент, либо пройти через емкостной элемент.
2. Система по п. 1, в которой емкостной элемент содержит конденсатор, размещенный между схемой формирования импульсов и первым электродом.
3. Система по п. 1, в которой память хранит инструкции, которые определяют одну или более характеристик импульса.
4. Система по п. 1, в которой процессор сконфигурирован для приема вводимой информации от пользовательского устройства ввода, которая определяет одну или более характеристик импульса.
5. Система по п. 1, в которой импульс имеет длительность между приблизительно 1 наносекундой и приблизительно 100 микросекундами.
6. Система по п. 1, в которой импульс имеет напряженность электрического поля между 0,1 кВ/см и 350 кВ/см.
7. Система по п. 1, в которой схема формирования импульсов сконфигурирована для подачи биполярного импульса с использованием емкостного элемента на первый и второй электроды, при этом биполярный импульс содержит первый импульс и второй импульс,
при этом первый импульс имеет длительность импульса и первую напряженность электрического поля, а второй импульс имеет ту же длительность импульса и вторую напряженность электрического поля, причем первая напряженность электрического поля и вторая напряженность электрического поля имеют противоположные знаки.
8. Система по п. 7, в которой память хранит инструкции, которые определяют одну или более характеристик первого и второго импульсов.
9. Система по п. 7, в которой процессор сконфигурирован для приема вводимой информации от пользовательского устройства ввода, которая определяет одну или более характеристик первого и второго импульсов.
RU2016127559A 2014-01-17 2014-11-20 Система формирования электрических импульсов с использованием емкостной связи RU2709822C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/158,106 2014-01-17
US14/158,106 US9708597B2 (en) 2014-01-17 2014-01-17 Electric pulse generation systems using capacitive coupling
PCT/US2014/066484 WO2015108619A1 (en) 2014-01-17 2014-11-20 Electric pulse generation systems using capacitive coupling

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016127559A RU2016127559A (ru) 2018-02-20
RU2016127559A3 RU2016127559A3 (ru) 2018-07-12
RU2709822C2 true RU2709822C2 (ru) 2019-12-23

Family

ID=52134369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016127559A RU2709822C2 (ru) 2014-01-17 2014-11-20 Система формирования электрических импульсов с использованием емкостной связи

Country Status (12)

Country Link
US (2) US9708597B2 (ru)
EP (1) EP3094969B1 (ru)
JP (1) JP6573617B2 (ru)
KR (2) KR102213731B1 (ru)
CN (2) CN105899654A (ru)
AU (1) AU2014377586B2 (ru)
BR (1) BR112016015394B1 (ru)
CA (1) CA2936197C (ru)
MX (1) MX2016009314A (ru)
RU (1) RU2709822C2 (ru)
TW (1) TWI673033B (ru)
WO (1) WO2015108619A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9752120B2 (en) 2015-03-31 2017-09-05 General Electric Company Activated platelet composition with tunable growth factor level
US10633645B2 (en) 2015-12-30 2020-04-28 General Electric Company Calcium controlled activation of platelets via electrical stimulation
CN109072166A (zh) * 2016-04-05 2018-12-21 通用电气公司 具有可调生长因子水平的活化血小板组合物
US10233419B2 (en) 2016-06-30 2019-03-19 Zymergen Inc. Apparatuses and methods for electroporation
US10968423B2 (en) * 2018-02-26 2021-04-06 General Electric Company System and method for electric pulse based activation of biological samples
JP7248721B2 (ja) * 2021-02-17 2023-03-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 成長因子レベルを調節可能な活性化血小板組成物
CN114062143B (zh) * 2021-11-30 2022-07-29 重庆大学 高压电脉冲原位增透含气储层两相渗流试验装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6035237A (en) * 1995-05-23 2000-03-07 Alfred E. Mann Foundation Implantable stimulator that prevents DC current flow without the use of discrete output coupling capacitors
US6326177B1 (en) * 1999-08-04 2001-12-04 Eastern Virginia Medical School Of The Medical College Of Hampton Roads Method and apparatus for intracellular electro-manipulation
US6897069B1 (en) * 2004-06-08 2005-05-24 Ambion, Inc. System and method for electroporating a sample

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186800A (en) * 1988-04-18 1993-02-16 Bio-Rad Laboratories, Inc. Electroporation of prokaryotic cells
US6010613A (en) * 1995-12-08 2000-01-04 Cyto Pulse Sciences, Inc. Method of treating materials with pulsed electrical fields
US5869326A (en) * 1996-09-09 1999-02-09 Genetronics, Inc. Electroporation employing user-configured pulsing scheme
EP0866123B1 (de) * 1997-03-21 2005-03-16 Eppendorf Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zur Elektropermeation oder Elektroporation von lebenden Zellen
US6258592B1 (en) * 1999-06-14 2001-07-10 Bio-Rad Laboratories, Inc. Electroporation cell with arc prevention/reduction
US7053063B2 (en) * 1999-07-21 2006-05-30 The Regents Of The University Of California Controlled electroporation and mass transfer across cell membranes in tissue
DE10119901A1 (de) * 2001-04-23 2002-10-24 Amaxa Gmbh Schaltungsanordnung zur Einbringung von Nukleinsäuren und anderen biologisch aktiven Molekülen in den Kern höherer eukaryontischer Zellen mit Hilfe elektrischen Stroms
AU2004277376B2 (en) * 2003-07-18 2011-06-02 Eastern Virginia Medical School Apparatus for generating electrical pulses and methods of using the same
ATE437940T1 (de) * 2004-03-15 2009-08-15 Lonza Cologne Ag Behältnis und vorrichtung zur erzeugung von elektrischen feldern in einzelnen reaktionsräumen
US7565201B2 (en) 2004-12-17 2009-07-21 Eastern Virginia Medical School Activation of calcium-mediated cell functions in cells and tissues, including aggregation of human platelets. by nanosecond pulsed electric fields
US8000813B2 (en) 2005-08-19 2011-08-16 Old Dominion University Research Foundation Ultrawideband antenna for operation in tissue
US7923238B2 (en) * 2006-02-10 2011-04-12 Bio-Rad Laboratories, Inc. Multi-channel electroporation system
US8390304B2 (en) * 2008-02-22 2013-03-05 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Electrical resonance detection of particles and analytes in microfluidic channels
JP2012507705A (ja) * 2008-11-06 2012-03-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ キュベット及びキュベットを認証する方法
EP3241556B1 (en) * 2008-11-13 2021-03-10 Eastern Virginia Medical School Activation and aggregation of human platelets and formation of platelet gels by nanosecond pulsed electric fields
KR101114712B1 (ko) * 2009-10-23 2012-02-29 세원셀론텍(주) 염화칼슘용액과 제1형 콜라겐으로 혈소판풍부혈장(ｐｒｐ)을 활성화하여 조직재생을 유도하는 조성물의 제조방법
CN103052424B (zh) * 2010-06-04 2015-12-16 大学健康网络 功能性电刺激装置和系统及其用途
WO2013012452A2 (en) * 2011-03-03 2013-01-24 The Regents Of The University Of California Nanopipette apparatus for manipulating cells
US9078862B2 (en) 2013-06-06 2015-07-14 General Electric Company Platelet activation using long electric field pulses
US9238808B2 (en) 2013-06-06 2016-01-19 General Electric Company Modular adjustable pulse generator
US9452199B2 (en) * 2014-01-17 2016-09-27 General Electric Company Platelet activation and growth factor release using electric pulses

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6035237A (en) * 1995-05-23 2000-03-07 Alfred E. Mann Foundation Implantable stimulator that prevents DC current flow without the use of discrete output coupling capacitors
US6326177B1 (en) * 1999-08-04 2001-12-04 Eastern Virginia Medical School Of The Medical College Of Hampton Roads Method and apparatus for intracellular electro-manipulation
US6897069B1 (en) * 2004-06-08 2005-05-24 Ambion, Inc. System and method for electroporating a sample

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TEKLE E ET AL, "Electroporation by using a bipolar oscillating electric field: An improved method for DNA transfection of NIH 3T3 cells", PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES, NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES, 15.05.1991, с.4229-4234. *
ZHANG ET AL, "Nanosecond pulse electric field (nanopulse): A novel non-ligand agonist for platelet activation", ARCHIVES OF BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS, ACADEMIC PRESS, 2007, с.240-248. *
ZHANG ET AL, "Nanosecond pulse electric field (nanopulse): A novel non-ligand agonist for platelet activation", ARCHIVES OF BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS, ACADEMIC PRESS, 2007, с.240-248. TEKLE E ET AL, "Electroporation by using a bipolar oscillating electric field: An improved method for DNA transfection of NIH 3T3 cells", PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES, NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES, 15.05.1991, с.4229-4234. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105899654A (zh) 2016-08-24
US20170314009A1 (en) 2017-11-02
AU2014377586B2 (en) 2020-05-28
RU2016127559A (ru) 2018-02-20
EP3094969A1 (en) 2016-11-23
US20150203836A1 (en) 2015-07-23
KR20210014218A (ko) 2021-02-08
KR20160108416A (ko) 2016-09-19
KR102213731B1 (ko) 2021-02-08
JP6573617B2 (ja) 2019-09-11
BR112016015394B1 (pt) 2021-01-12
US10329551B2 (en) 2019-06-25
US9708597B2 (en) 2017-07-18
CA2936197A1 (en) 2015-07-23
WO2015108619A1 (en) 2015-07-23
JP2017505656A (ja) 2017-02-23
EP3094969B1 (en) 2019-09-11
CA2936197C (en) 2023-04-25
RU2016127559A3 (ru) 2018-07-12
BR112016015394A8 (pt) 2020-06-02
BR112016015394A2 (ru) 2017-08-08
CN113088444A (zh) 2021-07-09
KR102255951B1 (ko) 2021-05-25
MX2016009314A (es) 2016-10-13
TW201545707A (zh) 2015-12-16
TWI673033B (zh) 2019-10-01
AU2014377586A1 (en) 2016-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2709822C2 (ru) Система формирования электрических импульсов с использованием емкостной связи
US11464829B2 (en) Platelet activation and growth factor release using electric pulses
KR102030528B1 (ko) 피부관리장치 및 그 장치의 구동방법
US11525768B2 (en) Electric pulse generation system using capacitive coupling
Stankevič et al. Electroporation system generating wide range square-wave pulses for biological applications
Coban et al. High voltage pulse generator for pulsed electric field treatments
Haldiyan et al. Comparison of nano-second and millisecond pulse generators for biological applications of electroporation
Grenier et al. A study on effect of medium conductivity on its electric strength under different source conditions in nanosecond regimes

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20190925

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20191007