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.

صرع یکی از شایع ترین اختلالات نورولوژیکی می باشد. صرع کوچک با تخلیه های نیزه ای-موجی هماهنگ، دوطرفه و عمومی شونده با فرکانس hz 4-5/2 شناخته می شود و ناحیه اطراف دهان در قشر حسی پیکری s1po کانون تولید آن است. تحریک با فرکانس پایین lfsفعالیت های صرعی را در صرع مقاوم به دارو کاهش می دهد. کانال های کلسیمی با کنترل غلظت کلسیم داخل سلولی،در تنظیم تحریک پذیری نورونی و تولید تخلیه های نیزه ای موجی شرکت می کنند. بنابراین در این تحقیق lfs در صرع کوچک در ناحیه s1po مطالعه شد و نیز نقش داروهای bay k8644 و pma به عنوان آگونیست کانال های کلسیمی و وراپامیل هیدروکلراید و l اسکوربیک اسید به عنوان آنتاگونیست این کانال ها مورد بررسی قرار گرفت. تعداد پنجاه راس موش صحرایی نر نژاد wag/rij به طور تصادفی به 8 گروه 6 تایی تقسیم شدند (6 = n). در حیوانات کانول یا الکترود تحریک در ناحیه s1po با متد استریوتاکسی کار گذاشته شد. الکترود های ثبت نیز در قشر پیشانی و پس سری کاشت شدند. جریان تحریکی از نوع موج مربعی ( a? 400 ، hz3 و ?s 200 ) به مدت 25 دقیقه در پنج روز متوالی به قشر اعمال شد و 30 دقیقه قبل و بعد از تحریک، eeg ثبت گردید. برای ارزیابی نقش کانال های کلسیمی حیوانات در پنج گروه جداگانه bay k8644 ، وراپامیل هیدروکلراید، l اسکوربیک اسید و سالین را دریافت کردند. 20 دقیقه قبل و یک ساعت بعد از تزریق دارو، eeg از موش های صحرایی ثبت گردید. مقایسه قبل و بعد از lfs نشان داد که اعمال lfs در 5 روز متوالی، تعداد و مدت زمان وقوع swd را کاهش داد، اما این اثر کاهشی تا روز بعد ادامه نداشت و تاثیر کوتاه مدت بود. تزریق وراپامیل هیدروکلراید و bay k8644 که به ترتیب آنتاگونیست و آگونیست کانال های کلسیمی نوع l بودند، اثر کاهشی در تعداد و مدت زمان وقوع تخلیه های نیزه ای موجی داشت. l آسکوربیک اسید (آنتاگونیست کانال های نوع t) و pma (آگونیست کانال های نوع t) تعداد و مدت زمان swd را به ترتیب کاهش و افزایش دادند. نتایج این مطالعه بیان می کند که تحریک با فرکانس پایین اثر کاهش دهنده کوتاه مدت بر تخلیه های نیزه ای موجی دارد. همچنین کانال های کلسیمی نوع l و t ناحیه اطراف دهان قشر حسی پیکری، فعالیت های صرعی را در موش های صحرایی wag/rij مبتلا به صرع کوچک تنظیم می کنند

یکی از کاربردهای مهم در bio-mems ساخت پروب های عصبی می باشد. پروب عصبی یک میکرو ساختار است که رابط بین بافت عصبی و یک دستگاه فیزیکی الکتریکی میباشد .پروب عصبی تاثیر به سزایی در شناخت و بررسی و ضبط سیگنال های عصبی و شبیه سازی شبکه های عصبی نواحی مختلف مغز دارد. یکی از کاربرد های پروب های عصبی که در بسیاری از کلینیک ها استفاده می شود بررسی و بهبود بیماری های مانند : seizer ،صرع ،میگرن ،الزایمر، جنون یا بی حس کردن عضوی از بدن و کنترل آن توسط کامپیوتر می باشد. بررسی سیگنالهای عصبی که مربوط به نواحی عمیق تری از مغز می باشد و استفاده از موادی برای ساخت پروب عصبی که با محیط بدن سازگار تر،مقاومت فیزکی مناسب تر وانعطاف پذیر تر باشد تا باعث کاهش آسیب پروب به بافت عصبی و نهایتا ارایه اطلا عات دقیق تر شود، از چالش هایی هستند که در زمینه ساخت پروب عصبی با آن رو به رو می شویم. پروبهای عصبی از نظر ساخت به سه دسته کلی تقسیم می شوند : سیلیکونی ،پلیمری ،سیم فلزی. هدف از این تحقیق طراحی پروبی انعطاف پذیر با استفاده از فوتورزیست su-8 است ، از مزیت های استفاده از این ماده انعطاف پذیری مناسب، زیست سازگار بودن و پروسه ساخت راحت تر با آن می باشد. در این تحقیق بر اساس شبیه سازی ها، ساختار هندسی نوک پروب به گونه ای طراحی شده است که انعطاف پذیری پروب را افزایش دهد. گیره هایی نیز در طول پروب قرار گرفته تا میزان جا به جایی پروب بعد از قرار گیری در بافت کم شود تا بتوان دردراز مدت سیگناهای معتبر تری از بافت دریافت کرد.

در این پایان نامه تلاش شده است تا یک پروب عصبی از جنس سیلیکون با کاربرد دوگانه درون سلولی و بیرون سلولی و زیست سازگار با بدن انسان طراحی و شبیه سازی شود، همچنین به منظور مقابله با مشکلات عفونتی یا کاهش دامنه سیگنال های دریافتی به دلیل به وجود آمدن لایه محافظ در اطراف پروب، که هنگام حضور طولانی مدت پروب در بافت عصبی ایجاد می شود، از کانال هایی برای تزریق دارو به بافت عصبی بر روی پروب بهره برده شده است. به منظور جلوگیری از جابجایی های احتمالی پروب عصبی در بافت که موجب کاهش دقت و بروز خطا در سیگنال های ثبت شده می شود از ساختارهایی ویژه در بدنه پروب استفاده شده است. پروب طراحی شده در این پایان نامه دارای 3 سانتی متر طول و 1 میکرومتر عرض در قسمت انتهایی یا نوک و 400میکرومتر عرض در قسمت ابتدایی است که برای ثبت گیری از مغز انسان در نظر گرفته شده است. ضخامت پروب برای بخش های درون سلولی 1میکرومتر و برای بقیه قمست ها 60 میکرومتر در نظر گرفته شده است. همچنین برای کاهش اثرات نویز موجود در محیط بر روی سیگنال ثبت شده، برای هر دو حالت درون سلولی و بیرون سلولی، سایت هایی به عنوان مرجع پتانسیل در نزدیکی محل ثبت گیری و روی بدنه پروب در نظر گرفته شده است. در پایان تلاش هایی برای ساخت نمونه عملی پروب طراحی شده و یافتن پروسه ساختی مناسب با تجهیزات در دسترس در آزمایشگاه mems دانشکده برق دانشگاه تبریز صورت گرفت که نتایج آن در آخرین بخش پایان نامه گردآوری شده است.

صرع یکی از شایع ترین اختلالات نورولوژیکی بوده و حدود یک درصد از مردم جهان به آن مبتلا هستند. صرع انواع مختلفی دارد که یکی از انواع آن صرع کوچک یا absence seizures نامیده می شود، که ناحیه s1po قشر مغز را درگیر می کند. صرع کوچک عبارتست از زایل شدن شعور برای مدتی کوتاه، بدون اینکه در بیمار تشنج یا زمین خوردگی و یا aura دیده شود. این نوع صرع یکی از شایعترین صرع ها نزد کودکان بوده و معمولاً بیمار در هنگام بروز صرع، رنگ پریده بوده ، چشمانش به یک نقطه خیره شده و از اطراف خود بی خبر است. مدت آن حتی امکان دارد بسیار کوتاه بوده و قابل رویت نباشد. یکی از عواملی که در بروز صرع نقش مهمی دارد، اختلال در غلظت پارامترهای بیوشیمیایی و هماتولوژیکی مایع خارج سلولی مانند خون و csf می باشد. هموستاز الکترولیت ها در سیستم عصبی مرکزی (cns) برای عملکرد مغز ضروری می باشد و تنظیم تعادل یونی یک فرایند حیاتی بوده و شامل فرایندهای پیچیده ای برای حرکت یون ها به داخل و خارج می باشد. تغییر در چنین محیطی باعث تغییر در اسمولاریته و هموستاز شده سبب بروز، تشدید و یا پیش زمینه برای وقوع بسیاری از بیماریها از جمله صرع خواهد بود. در این پژوهش سعی شده است که نقش تغییرات تعدادی از الکترولیت ها, پروفایل لیپیدی موجود در خون و مایع مغزی نخاعی از جمله سدیم, پتاسیم, کلسیم, کلر, گلوکز ,کلسترول, ldl, hdl, تری گلیسرید و همچنین تغییرات استرس اکسیداتیو مانند gpx, mda , sod,tac را در رت های نژاد ویستار و رتهای صرعی wag/rij بررسی شود. این مطالعه نشان داد که سطح الکترولیتهایی مانند سدیم، پتاسیم و کلر در بیماران مبتلا به صرع افزایش یافته و سطح کلسیم نیز کاهش یافته است. و سطح چربی خون در رت های صرعی کاهش می یابد. همچنین مشخص گردید که سطح آنتی اکسیدان هایی مانند gpx، sod، tac در رت های صرعی نسبت به گروه کنترول کم و سطح mda افزایش یافته است.

در طی دهه های گذشته، درمانهای پزشکی برای برطرف کردن علل ناباروری تغییر و تحول چشم گیری پیدا کرده است. به مجموع این روشهای درمانی، فناوری کمک باروری یا assisted reproductive technology(art) اطلاق می شود. اولین شکل art که هنوز هم رایج ترین نوع آن محسوب می شود، لقاح آزمایشگاهی (in vitro fertilization) یا ivf می باشد. در روش ivf استاندارد، هر تخمک با 100 - 50 هزار اسپرم متحرک به مدت 18-12 ساعت در یک شرایط کنترل شده وادار به لقاح میشود که از این تعداد اسپرم در نهایت فقط یک اسپرم وارد تخمک شده و با آن ممزوج می شود که از این پس تخم یا زیگوت نامیده می شود. سلول تخم 48 تا 72 ساعت در انکوباتور نگه داشته میشود تا تقسیمات سلولی اتفاق افتاده و سلولی به نام رویان تشکیل شود. رویان حاصله، از طریق دهانه رحم به داخل رحم مادر منتقل میگردد تا در آنجا لانه گزین شده و به یک حاملگی طبیعی منجر شود . محیط های کشت طوری طراحی شده اند که شبیه مایع موجود در لوله های رحم مادر باشند. بدین منظور به این محیط ها پروتئینها و سرم انسانی یا حیوانی اضافه میگردد و رویان در شرایطی مشابه با بدن مادر رشد می یابد. به دلیل انتقال بیش از یک رویان، احتمال حاملگی چند قلویی در فناوری کمک باروری ) art (بالا است به طوری که در زنان جوانتر این احتمال افزایش بیشتری نیز پیدا می کند. همچنین در این فناوری، احتمال آلودگی و استرس های وارده بر روی تخمک و یا رویان بیشتر و قابلیت کنترل مراحل کمتر می باشد. راه حل پیشنهادی برای رفع این مشکلات استفاده از فناوری ریز سیال(microfluidic) می باشد. این روش این امکان را به ما می دهد تا با استفاده از روش های الکتریکی ، اپتیکی ، سیالی و ترکیب آن ها کنترل های لازم را در تمامی مراحل شکل گیری و تکوین رویان اعمال نماییم. مشاهده بلادرنگ رویان در حال تکوین در زیر میکروسکوپ، نیاز به خارج سازی مکرر آن از محیط کشت و در نتیجه امکان بروز آلودگی های عرضی (cross contamination) احتمالی را کاهش می دهد. هم چنین در این روش قادر هستیم محیط کشت مناسب را در درون ریز سیال فراهم نموده و با توجه به ابعاد کوچک ریز سیال مقدار محیط کشت مورد نیاز به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که از نظر هزینه بسیار مقرون به صرفه می باشد.