مدلسازی، شبیه سازی و پیاده سازی بر همکنش عصب و الکترود در سیستم ارتباطی اعصاب و ماشین با استفاده از نانولوله کربنی

هدف اصلی این پایان نامه ساخت وسیله ای برای تحریک عصبهای بدن با استفاده از ابزارهای جدید مثل استفاده از تکنولوژی نانولوله های کربنی است. برای درمان بیماریهایی مثل پارکینسون که نیاز به تحریک عمقی مغز دارند، بهتر است از وسیله ای ساده در روی سطح جمجمه که بتواند معایب روشهای الکتریکی معمول را برطرف کند، استفاده شود که این ایده منجر به ساخت آشکارساز نوری شامل نانولوله کربنی شد. از سوی دیگر برای بررسی امکان جایگزینی الکترودهای فعلی با الکترودهای جدید به منظور بهبود عملکرد الکترودهای موجود، تصمیم گرفته شد که از ترکیب الکترود فولادی و نانولوله های کربنی استفاده شود. به این صورت که نانولوله های کربنی روی الکترود تحریک مورد نظر پوشش داده می شوند. در مجموع می توان چنین عنوان کرد: سیستم اصلی شامل دو قسمت بیرون و داخل بدن است. بخشی که در بیرون بدن قرار دارد از نور و نانولوله کربنی (آشکارساز نوری) برای تحریک استفاده مینماید و در بخش داخلی بدن با استفاده از نانولوله کربنی دقت تحریک و محدوده تزریق بار را افزایش میدهد. لذا در کل سناریو کار به صورت زیر مشخص گردید: 1-. در قسمت تئوری برهمکنش نانولولهکربنی و نورون منفرد مدلسازی و شبیه سازی شده است. نانولوله کربنی به عنوان یک محرک نوری مدل شده است. این محرک در معرض تابش نور جریان تولید کرده و سپس این جریان تولیدی برای تحریک نورون استفاده میشود. سپس انتشار پتانسیل عمل در طول آکسون تحریک شده، انتقال پیام عصبی از فضای سیناپسی، تاثیر آن در نورون پسسیناپسی تحریکی و مهاری و انتشار پیام عصبی در طول آکسون نورون پس سیناپسی مدلسازی و بررسی شده است. نتایج مدلسازی نشان میدهد که جریان تولیدی از محرک نانولوله کربنی میتواند نورون منفرد را تحریک کرده و پیام عصبی تا انتهای اکسون انتقال یافته و به نورون پس سیناپسی تحریکی نیز منتقل شده و انتشار یابد. 2- در قسمت عملی، آشکارساز نوری با استفاده از نانولوله کربن برای تولید جریان تحریک ساخته شد، نتایج بدست آمده از ساخت این آشکارساز نشان داد که جریان تولیدی از این محرک نوری برای ولتاژ یک ولت در حدود 0.1 میلی آمپر میباشد که این مقدار برای تحریک بافت مغزی مناسب میباشد. 3- میکروالکترود دوقطبی با جنس استیل ضدزنگ برای تحریک ساخته شد و نانولوله کربنی روی آن پوششدهی شد. سپس برای بررسی و مقایسه عملکرد این میکروالکترود با پوشش نانولوله کربنی و میکروالکترود بدون پوشش، در یک آزمایش، بافت های مشابه مغزی با استفاده از هر دو الکترود تحریک شده و اثرات آنها ثبت گردید و رفتار آنها با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج این آزمایش اثر مثبت پوشش نانولوله کربنی را در تحریک بافت نشان داد. 4- پس از آزمایش تحریک بافت با الکترود جدید ساخته شده، مشاهده گردید که مواد نانولوله کربنی در داخل بافت کمی پخش شدگی دارند، لذا به منظور بررسی سازگاری زیستی نانولوله های کربنی آزمایشی طرح شده و اثرات این ماده در سیستم عصب مرکزی (1- با بررسی سیگنال های eeg و 2- با بررسی اثرات آن درحافظه فضایی) و سیستم عصب خودمختار (با بررسی سیگنالهای ecg ) بررسی گردید. نتایج این آزمایشات نشان داد که نانولولهکربنی اثری در سیگنالهای eeg نداشته ولی باعث افزایش ضربان قلب میشود. ولی بررسی سه فاکتور زمان، سرعت و مسافت در آزمایش اثرات نانولوله کربن بر حافظه فضایی نشان داد که تزریق نانولوله کربنی اثر سوء در حافظه فضایی دارد.