بهینه سازی میکرولنز برای کاربردهای اپتوژنتیک با کامسول
بهینه سازی میکرولنز برای کاربردهای اپتوژنتیک با کامسول ما چیزهای زیادی در مورد مغز می دانیم و خیلی چیزها را نمی دانیم. اپتوژنتیک یک حوزه مطالعه نسبتاً جدید است که در آن از نور برای تحریک فعالیت مغز و مطالعه رفتار عصبی استفاده می شود. تحریک نورون ها با نور دقیق تر از تحریک الکتریکی است – و ایمن تر. محققان موسسه فناوری ماساچوست MIT از شبیه سازی برای طراحی یک کاوشگر نوری استفاده کردند که می تواند برای تحریک تکانه های عصبی در مغز کاشته شود.
آموزش کامسول اپتوژنتیک
اپتوژنتیک یک روش عصبی است که در آن نور نورون های حساس به نور اصلاح شده ژنتیکی را برای انتقال تکانه های عصبی تحریک می کند. برخلاف پروبهای الکتریکی، پروبهای نوری میتوانند نورونها را دقیقاً بدون آسیب رساندن به بافت مغز اطراف هدف قرار دهند.
اپتوژنتیک چگونه کار می کند؟ نورونها از نظر ژنتیکی اصلاح شدهاند تا پروتئینهای غشایی حساس به نور را آزاد کنند و مغز را مستعد تحریک نور انتخابی میکنند. هنگامی که این پروتئینها توسط نور تحریک میشوند، یونها را به داخل (یا خارج) نورونهای هدف منتقل میکنند، که واکنشهای الکتریکی را تحریک میکند که باعث تحریک تکانههای عصبی در مغز میشود.
تاباندن نور بر فعالیت و درمان مغز
از آنجایی که عملکردهای مغز گسترده است، رفتارها و درمانهایی که اپتوژنتیک میتواند آنها را تسهیل کند نیز گسترده است. به عنوان مثال می توان از اپتوژنتیک برای درمان استفاده کرد
اختلالات عصبی و روانپزشکی مانند افسردگی و اسکیزوفرنی – یک پیشرفت قابل توجه نسبت به درمان های اولیه بحث برانگیز مانند لوبوتومی و درمان تشنج الکتریکی (ECT).
اپتوژنتیک به طور بالقوه می تواند برای درمان بیماری پارکینسون، یک بیماری دژنراتیو مغزی که بر سیستم عصبی مرکزی تأثیر می گذارد و باعث لرزش و لرزش می شود، استفاده شود. همچنین، هنگام آزمایش تأثیر اپتوژنتیک بر روی موشهای آزمایشگاهی، محققان دریافتند که میتواند آریتمی قلبی و کاهش شنوایی را درمان کند.
اپتوژنتیک می تواند به درمان آریتمی قلبی این موش کمک کند.
در یک کاربرد تجربی تر، محققان به دنبال این هستند که چگونه اپتوژنتیک می تواند به ما در درک شکل گیری و تثبیت خاطرات کمک کند.
اپتوژنتیک میتواند نحوه درک و فهرستبندی تجربیات گذشته را تغییر دهد. به فیلم علمی تخیلی Eternal Sunshine of the Spotless Mind محصول 2004 فکر کنید: یک زن و شوهر یک جدایی پر سر و صدا را تجربه می کنند و تحت عملی قرار می گیرند که تمام خاطرات رابطه آنها را پاک می کند، فقط به عنوان “غریبه” ملاقات کرده و دوباره شروع به قرار ملاقات می کنند.
طراحی میکرولنز برای پروب نوری قابل کاشت
یک تیم تحقیقاتی از MIT با هدف بهینه سازی طراحی یک کاوشگر نوری با استفاده از شبیه سازی. طراحی کاوشگر آنها شامل یک میکرولنز با رابط مایع-مایع روغن و آب است. لنز باید بتواند هم فوکوس فعال و هم هدایت پرتو را در یک عنصر نوری به منظور رساندن نور از کاوشگر به بهینه سازی میکرولنز برای کاربردهای اپتوژنتیک با کامسول میکرولنز کاوشگر نوری می تواند از طریق اثر خیس شدن الکتریکی که در آن از الکترودها برای تمرکز عدسی و هدایت نور به سلول مورد نظر استفاده می شود، به فوکوس و هدایت دست یابد.
آموزش comsol بهینه سازی میکرولنز
محققان با استفاده از روش تنظیم سطح، جریان دو فازی را در میکرولنز مدلسازی کردند
این روش به آنها کمک کرد تا محل رابط سیال را تعیین کنند و دامنه سیال را تعریف کنند. این نتایج اولیه برای شبیه سازی حرکت سیال در لنز در طول زمان استفاده شد.
برای اولین شبیهسازی وابسته به زمان، ولتاژ یکسانی به دیوارههای مخروطی چپ و راست (VL و VR) اعمال شد تا زوایای تماس حاصل را پیدا کند. هنگامی که زاویه تماس را با ولتاژ اعمال شده مقایسه کردند، محققان توانستند ببینند که کدام زوایای مخروطی (α) و ولتاژهای (V) باعث ایجاد پروفایل های رابط مایع-مایع مقعر و محدب می شوند. پروفیل های مقعر منجر به قدرت نوری منفی برای کاوشگر می شوند، در حالی که پروفیل های محدب منجر به قدرت نوری مثبت می شوند.
طراحی شکل نامنظم با کامسول، مثال کوه ماترهورن
ولتاژ مساوی به دیواره های چپ و راست مخروطی اعمال می شود. ولتاژهای مختلف برای زاویه مخروطی 45 درجه باعث محدب،
سپس، تیم تحقیقاتی توجه خود را به تمرکز کاوشگر معطوف کردند. آنها از شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل اندازه لنز، مایعاتی که رابط لنز را تشکیل می دهند و ولتاژ از طریق خیس شدن الکتریکی استفاده کردند. نتایج نشان می دهد که یک زاویه مخروطی تندتر باعث ایجاد محدوده دینامیکی کمتری برای ولتاژ عملیاتی می شود. به عنوان مثال، برای زاویه مخروطی 75 درجه، ریز لنز فقط دارای قدرت نوری مثبت بین 34 تا 40 ولت است.