Laboratorij za bioelektromagnetiko

AKTUALNO

V LBM se že vrsto let ukvarjamo z raziskovanjem pojava dielektroforeze (sila na električno nevtralne delce, ki se v električnem polju polarizirajo) in uporabo tega pojava manipulacije bioloških delcev. V letu 2007 smo v sodelovanju z laboratoriji naše fakultete ( LBM, LMSE in LBK) dosegli lepe uspehe. V LBM smo naredili idejni projekt in načrtali strukture, ki so jih v LMSE realizirali z uporabo polprevodniške tehnologije. LBK je prispeval biološke celice, pomembno raziskovalno delo pa je opravil diplomant Jakob Oblak, ki je za svoje delo prejel tudi prvo nagrado na mednarodni konferenci Medicon. Med drugim smo ugotovili, da je mogoče to tehnologijo uporabiti za manipulacijo elektroporiranih celic in iz spremembe frekvence, pri kateri se začnejo delci gibati v nasprotno smer ugotoviti ali so bile celice elektroporirane ali ne. Potencialna uporaba te ugotovitve je velika, saj bi morda lahko s to metodo ugotavljali primernost parametrov elektroporacije in s tem optimirali vnos materialov v celice s pomočjo elektroporacije. Rezultate raziskave smo objavili v ugledni reviji Bioelectrochemistry: OBLAK, Jakob, KRIŽAJ, Dejan, AMON, Slavko, MAČEK LEBAR, Alenka, MIKLAVČIČ, Damijan. Feasibility study for cell electroporation detection and separation by means of dielectrophoresis. Bioelectrochemistry. [Print ed.], 2007, vol. 71, no. 2, str. 164-171). Na sliki je primer prerazporazdelitve celic s pomočjo dielektroforeze.

Več:

• slike:        http://lbm.fe.uni-lj.si/LBM-DEP.pdf
• reference: http://lbm.fe.uni-lj.si/LBM-DEP-ref.htm

Na tej temi bo Borut Drnovšek, ki je diplomiral v LBM in je sedaj zaposlen v Eti Izlake delal tudi magisterij. Upam, da bo sodelovanje v nadaljevanju še boljše. Način dela in razmišljanja v podjetjih je precej S pomočjo numerične simulacije smo uspeli pokazati, kateri parametri pomembno vplivajo na delovanje sprožnika. Hkrati služijo tudi optimizaciji parametrov in raziskavam drugačnega načrtovanja. Končna potrditev pa je seveda na strani eksperimenta in v končni fazi trga.

Nekaj začetnih rezultatov smo objavili v reviji Elektrotehniški vestnik: DRNOVŠEK, Borut, KRIŽAJ, Dejan. Načrtovanje elektromagnetnega sprožnika s pomočjo numerične simulacije. Elektroteh. vestn., 2007, letn. 74, št. 5, str. 273-278. Te objave ne prispevajo mnogo točk za kandidiranje za nove projekte, so pa pomembne za prikaz dela v lokalnem okolju. Na sliki je klasična avtomatska varovalka z elektromagnetnim sprožnikom in primer simulacije porazdelitve magnetnega polja v sprožniku. 

Zaenkrat je torej ta projekt zaključen. Rezultati kažejo klinično relevanco dobljenih podatkov iz katere sledi, da bi bila TMG metoda lahko zelo primerna metoda za spremljanje uspešnosti zdravljenja spastičnih mišic z botulin toksinom.

Več: http://lbm.fe.uni-lj.si/laborat_TMG.html

(dotorska disertacija Tomaža Žagarja)
 

Rdeča nit laboratorija je uporaba impedančne spektorskopije. To je metoda,  pri kateri iz merjenja električne impedance pri različnih frekvencah sklepamo oziroma določamo električne lastnosti objektov. Ker smo v LBM orientirani v področje bioelektromagnetike in smo imeli v preteklosti veliko raziskav opravljenih na določanju mehanskih lastnosti mišic na električne dražljaje, je logično nadaljevanje raziskav usmerjeno v določanje in vrednotenje električnih lastnosti mišic. Prednost impedančne metode je v relativno ceneni osnovni opremi, hitrosti obdelave in neinvazivnosti.

Naloga se je izkazala za zelo zahtevno, saj na impedanco mišice vpliva izredno veliko parametrov. Poleg tega so se komercialni (profesionalni) merilniki impedance izkazali za neprimerne za bioimpedančne meritve. S temi problemi se je uspešno spopadel doktorant Tomaž Žagarj. Tomaž je v svoji doktorski disertaciji (ŽAGAR, Tomaž. Razvoj in analiza bioimpedančnih metod za vrednotenje živčnomišičnih okvar : doktorska disertacija. Ljubljana: [T. Žagar], 2007. X, 159 str.) obravnaval uporabo bioimpedančne spektroskopije za vrednotenje živčno mišičnih obolenj. Na to temo nam je uspelo objaviti članek o pomenu instrumentacijskih ojačevalnikov za pravilno izvajanje bioimpedančnih meritev. ŽAGAR, Tomaž, KRIŽAJ, Dejan. An instrumentation amplifier as a front-end for a four-electrode bioimpedance measurement. Physiol. meas. (Print). [Print ed.], 2007, vol. 28, no. 8, str. N57-N65. Sprejet pa imamo tudi še en prispevek v pomembni mednarodni reviji.

Vloga Tomaža za nova spoznanja o delovanju bioimpedačnih merilnikov je za LBM velika. Dejansko nam šele njegovo delo odpira poti na nova področja uporabe bioimpedančnih meritev. Tomaž je izdelal tudi samostojen sistem za merjenje bioimpedance, ki temelji na uporabi “kartice” za zajem podatkov. Omogoča merjenje bioimpedance z baterijskim virom napajanja, kar je bistvenega pomena za klinične raziskave. Kljub temu, da si je že našel novo službo, se veselim nadaljnjega sodelovanja. Idej je še mnogo.

Več:   Celotna_disertacija.pdf

Postavitev elektrod za bioimpedančno meritev

Numerična simulacija metode merjenja in optimizacija postavitve elektrod.

Prevajanja toka skozi presek roke je odvisno od električnih lastnosti tkiv.

Z idejo uporabe miniaturnih pospeškometrov sva začela spopadati s Tomažem Žagarjem že leta 2006, ko sva raziskala možnost uporabe miniaturnih spospeškometrov za zaznavanje mišičnih odzivov na električni pulz. Kazala se je namreč možnost popolnoma novega načina zaznavanja mišičnih odzivov, s čimer se je dolga leta ukvarjal moj predhodnik, profesor Vojko Valenčič. Tehnologija je sicer obetavna, odziv industrije pa je bil bolj boren, zato se za nadaljevanje nismo odločili. Smo pa ugotovili, da bi lahko bil tako raziskovalno kot komercialno zelo zanimiv prenosni merilni sistem za zajemanje podatkov pospeškometrov. 

V tej smeri je pomembno delo opravil Ciril Močnik, ki je v diplomi (UNI) izdelal prenosni merilni sistem za merjenje pospeškov: MOČNIK, Ciril. Prenosni merilni sistem za merjenje pospeškov : diplomsko delo. Ljubljana: [C. Močnik], 2006. 44.

Nekaj o možni uporabi tega sistema sem napisal za revijo Šport (KRIŽAJ, Dejan. Prenosni sistem za merjenje pospeškov = Portable measurement system for measuring accelerations. Šport (Ljublj.), 2007, letn. 55, št. 4, str. 58-64). Veseli me, da se je Ciril odločil nadaljevati študij s podiplomskim študijem. Veselim se nadaljnega sodevanja. Po tem članku se je izkazalo, da je interes uporabe našega sistema kar velik.

Prvo nadaljnje delo bomo opravili v smeri primerjave odzivov pospeškometrov in podatkov dobljenih s pomočjo hitre kamere. Na tem področju dela Marko Bursič, ki bo v svojem diplomskem delu raziskal možnost vrednotenja lateralnega gibanja pri teku. Ta podatek je izredno pomemben pri vrhunskih tekačih. Opravili smo preliminarne raziskave s hitro kamero na Fakulteti za šport (UL), za kar se moramo zahvaliti profesorju Milanu Čohu. Obetamo si zanimivo sodelovanje in seveda rezultate, ki bodo relevantni za vrhunske športnike.

Več:

• Prospekt naprave za merjenje pospeškov
• Članek o merjenju pospeškov v športu

Prenosni merilnik pospeškov zajema signale pospeškometrov na SD (secure digital) kartico

Primer izmerjenjih podatkov v x,y in z smeri.

Že vrsto let raziskujemo metodo merjenja impedance zoba, ki se uporablja v t.i. endodontskem zdravljenju za določanje dolžkanala zoba. Natančna določitev apikalne odprtine je ključnega pomena za uspešen endodontski poseg. Impedančna metoda določanja dolžine kanala zoba je že standardna metoda v praksi, ima pa kar nekaj pomanjkljivosti, ki smo jih želeli raziskati in po možnosti predlagati izboljšanja metode določanja.

Ugotavljali smo že modele prevajanja toka skozi človeški zob, tako z numerično simulacijo kot z modeli elektrrčnih vezij in na to temo objavili kar nekaj pomembnih ugotovitev. V letu 2007 sva s kolegico Dr. Janjo Jan iz Medicinske fakultete (in Stomatološke klinike) objavila poljuden planek o tej metodi v reviji Zobozdravstveni vestnik: KRIŽAJ, Dejan, JAN, Janja. Električno določanje delovne dolžine koreninskega kanala : osnove delovanja = Electrical determination of working length in endodontics : operating priciples. Zobozdrav. vestn., 2007, letn. 62, št. 2/3, str. 67-72. Na sliki primer modela merjenja impedance zoba.

Nove raziskave gredo v smeri določanja električnih lastnosti dentina, saj se je izkazalo, da te niso dovolj raziskane. Pri teh naporih se nam je pridružil Peter Jenišek, ki bo na to temo opravil diplomsko nalogo.

Imamo tudi dobre rezultate,  ki kažejo,  da bi bilo mogoče izboljšati natančnost metode z nekoliko drugačnim načinom obdelave izmerjenih podatkov. Ta material še čaka na objavo. Tu je tudi naš končni cilj: poiskati optimalni način merjenja impedance in obdelave rezultatov, ki bi omogočal čim bolj natančno določitev dolžine kanala zoba oz. apikalne odprtine.

VEČ: http://lbm.fe.uni-lj.si/laborat_zob.html

Električni model prevajanja toka skozi zob.

Primer spreminjanja upornosti kanala zoba z manjšanjem razdalje kanalske igle od apikalne odprtine.

Vzorec dentina, ki ga oblijemo s posebno smolo, ki se v kratkem strdi. Iz znane debeline in površine vzorca lahko iz izmerjenih vrednosti impedance ob predpostavki homogenosti materiala določimo specifično prevodnost in dielektričnost vzorca.

Čeprav imamo že dovolj odprtih front raziskav, se vedno znova pojavljajo novi izzivi. En takih je vrednotenje vlažnosti lesa s pomočjo merjenja impedance. Te zanimive naloge se je v sodelovanju s podjetjem Totus lotil Matjaž Matko, ki bo iz te tematike opravil diplomsko nalogo (VSŠ). Kar nekaj zanimivih rezultatov smo že izmerili. Potrebno jih je le še zbrati in zapisati. S to raziskavo bomo morda odkrili način, kako ovrednotiti spremembo vlažnosti lesa z globino, kar je pomemben podatek za optimalno sušenje.

Spreminjanje impedance zoba s frekvenco, pa tudi z razdaljo med elektrodama.

Velik izziv predstavlja merjenje impedance tekočin oziroma delcev, ki so v tekočinah. Problem nastopi namreč zaradi t.i. dvojne plasti, ki je zelo tanka plast nabojev ob elektrodi in popolnoma spremeni električne lastnosti medija. Ta plast je izredno odvisna od materiala iz katerega so elektrode. S to tematiko se je uspešno spopadel Borut Pečar, ki bo opravil diplonsko delo iz merjenja impedance substanc iz mikrosfer. Vzorce so nam priskrbeli v Aero Celje, kjer te mikronske delce raziskujejo že kar nekaj časa z mislijo na zelo raznovrstne aplikacije. Prva je bila kopirni papir s premazom, ki je vseboval tanek nanos kapljic, ki so se ob pritisku razlile. Zanimive aplikacije mikrosfer so na mnogih drugih področjih, od farmacije, medicine, gradbeništva, oblačilne industrije, itd.

Končni namen je industriji prikazati možnost uporabe dielektrične spetroskopije za analizo lastnosti izdelanih mikrosfer, kar lahko med drugim služi za diagnostiko procesov izdelave. V mislih pa imamo tudi možnost uporabe za končne aplikacije.

 

Na sliki so posušene parafinske mikrokapsule. Primeren električni model ne bo prav enostavno določiti.

Ali lahko naredimo kondenzator z dielektrikom iz gume, ki se mu spreminja kapacitivnost s stiskanjem? To vprašanje smo si zastavili in ga poskušali razrešiti. Če je to mogoče delati dovolj ponovljivo, bi lahko tak kondenzator služil kot merilnik sile ali pritiska.V mislih imamo tudi točno določeno končno aplikacijo, ki pa jo moramo še malo skrivati.

Prvi rezultati so pokazali, da vsaka guma ni ravno primerna v te namene. Zato so nam ustrezno gumo izdelali »po meri« v podjetju Sava Kranj. Rezultati so obetavni, z njimi se je pogumno spopadel Vasja Michler, ki bo na to temo opravil svoje diplomsko delo (VSŠ). Zahvaliti se moramo tudi podjetju Tehtnica, kjer smo si sposodili tehtnico za merjenje sil.

Slika prikazuje spremembo izmerjene kapacitivnosti ob spremembi sile na gumo.