۲-۴-۲- محفظه مداوم دانشگاه ایالتی واشنگتون:
این سیستم با اضافه کردن کانال های بافل دار جریان موادغذایی در داخل محفظه سیستم قبلی suw ( که دارای الکترودهای صفحه ای موازی می باشد) طراحی شده است. محفظه از دو الکترود صفحه ای استیل که با پلی سولفون ازیکدیگر جدا شده اند تشکیل شده است. سایر مشخصات این سیستم عبارتند از: حجم محفظه ۲۰ و یا ۸ میلی لیتر، فضای بین الکترودها ۹۵/۰ و یا ۵۱/۰ سانتیمتر، سرعت جریان ماده غذایی ۱۲۰۰ و یا ۶ میلی لیتر در هر دقیقه.
۲-۵- طراحی محفظه مداوم با الکترود های متحد المحور:
۲-۵-۱-محفظه دانشگاه ایالتی واشنگتن:
طراحی محفظه متحد المحورwsu بر اساس ایجاد یک تغییر در نحوه قرار گرفتن استوانه های متحد المحور می باشد. در این محفظه سطح الکترود حالت برآمده دارد، لذا میدان الکتریکی در ناحیه واکنش ایجاد می شود و شدت میدان در سایر قسمتهای محفظه کاهش می یابد. شکل نهایی الکترود به کمک طراحی بهینه الکترود بر اساس محاسبات عددی میدان الکتریکی منتجه تعیین می گردد. با بکارگیری شکل بهینه شده الکترود می توان توزیع مشخصی از میدان الکتریکی را در مسیر جریان ماده غذایی ایجاد نمود. فاصله الکترودها با بکار گیری الکترودهایی باقطرهای متفاوت در قسمت میانی( الکترود میانی) بین-۲ میلی متر تنظیم می شود. جهت کاهش دمای الکترودها سیستم سرد کننده در داخل آنها طراحی شده است . سایر مشخصات این محفظه عبارتند از: قطر خارجی محفظه ۱۲/۷ سانتیمتر، ارتفاع محفظه ۱۲/۷ سانتیمتر، ارتفاع محفظه ۳/۲۰ سانتیمتر و سرعت جریان ۲-۱ لیتر در هر دقیقه. (۱۷)
ساخت محفظه های متحد المحور آسان می باشد و کمک آنها توزیع مناسبی ازمیدان الکتریکی ایجاد می گردد. در محفظه های متحدالمحور میدان الکتریکی یکنواخت نیست و به محل قرار گرفتن محفظه بستگی دارد. شدت میدان( E)بین الکترود های متحد المحور به کمک فرمول ذیل محاسبه می گردد.
E=V/[rLn(R2/R1)]
در فرمول فوق r شعاع میدان الکتریکی و R1 وR2 به ترتیب شعاع الکترودهای داخلی و خارجی هستند. چنانچه رابطه (R1 – R2) << R1 در الکترودهای متحد المحور بر قرار باشد ( اگر چه میدان الکتریکی منتجه یکنواخت نمی باشد) یکنواختی میدان الکتریکی درمحفظه واکنش افزایش خواهد یافت. از مزایای محفظه های متحد المحور یکنواختی جریان سیال و سادگی ساختمان محفظه است.
۲-۵-۲- محفظه مداوم متحد المحور بوشنل:
این محفظه متحد المحور از یک الکترود استوانه ای داخلی تشکیل شده است که توسط الکترود استوانه ای دیگری از خارج احاطه می شود و ماده غذایی بین دو الکترود جریان می یابد. توصیه می شود که طول محفظه واکنش در مقایسه با قطر آن خیلی کوچکتر و یا بزرگتر نباشد. چنانچه طول محفظه واکنش خیلی کوچکتر از قطرآن باشد راندمان کاهش می یابد. (۱۲)ولی اگر طول آن خیلی بزرگتر از قطر محفظه باشد مقاومت الکتریکی محفظه برای مواد غذایی قابل انتقال با پمپ( که مقاومت نسبتا پایینی دارند) بسیار کم می شود. این مساله طراحی منبع تولید کننده پالسهای الکنریکی را مشکل می سازد. انرژی الکتریکی، بر حسب ژول( w)، کا درهر پالس مصرف می شود با فرمول ذیل قابل محاسبه است:
پایان نامه
t /P W=E2V
درفرمول فوق E میدان الکتریکی ( v/cm)، t زمان هر پالس (s)، V حجم نمونه فراوری شونده( cm3) و Pمقاومت الکتریکی ماده غذایی (Ohm-cm) می باشد.
۲-۵-۳- محفظه واکنش میدان الکتریکی همگرای ماتسومو و همکاری:
اجزای این نوع محفظه که توسط ماتسومو و همکارانش طراحی شده اند نشان داده شده است. در این مدل، الکترود های صفحه ای به کمک صفحات تفلوی به ضخامت یک سانتیمتر از یکدیگر جدا شده اند. شدت میدان الکتریکی در بخش کوچکی از محفظه زیاد می باشد. ماده غذایی از طریق سوراخ کوچکی که در صفحه تفلونی تعبیه شده است به ان قسمت از محفظه که شدت میدان میدان الکتریکی زیاد می باشد تزربق می گردد. ماده غذایی که در سوراخ محفظه تفلونی قرار دارد تحت تاثیر میدان شدید الکتریکی قرار می گیرد. دانسیته جریان در فصل مشترک مایع و الکترود پایین نگه داشته می شود تا از آن تا از انجام الکترولیز و شکل گیری حباب های گاز ممانعت به عمل آید. این محفظه مشابه محفظه مداومی که بیش از یک سوراخ جهت تزریق ماده غذایی دارد و توسط دان و پرلمن طراحی شده است می باشد. (۱۴)
۲-۶- تولید ولتاژهای مختلف:
ماده غذایی می تواند در معرض میدانهای الکتریکی قوی با پالسهای نمای، موج دایره ای، متناوب و یا دو قطبی قرار بگیرد. دراین قسمت پیرامون تولید ولتاژهای موجی شکل مذکور بحث خواهد شد.
۲-۷- پالسهای نمایی:
در یک پالس نمایی ابتدا ولتاژتا حد مشخصی افزایش داده می شود و سپس به صورت لگاریتمی کم می گردد.
بنابراین، به ماده غذایی تحت تاثیر این پالسها مدت کوتاهی ولتاژ قوی القا می گردد( ولتاژ اولیه). ولتاژهای کمتراز حد ولتاژ اولیه ممکن است باکتریهای موجود در مواد غذایی را از بین ببرند و یا تاثیری بر آنها نداشته باشند. مدار الکتریکی لازم جهت ایجاد پالسهای نمایی نیاز به منبع انرژی برق مستقیم و یک خازن ذخیره دارد که به صورت سری به مقاوت Rc متصل شده است. مقاومت R1 به دلیل تخلیه الکتریکی در ماده غذایی سبب τ محدودیت جریان می شود و R2 تاخیر زمان را در شرایطی که مقاومت ماده غذایی بیش از حد مورد انتظار است کنترل می کند. مقدار تقریبی دانسیته انرژی( Q) برای پالسهای تنزلی نمایی از فرمول ذیل محاسبه می گردد.
t / 2 R v o ۲ Q= V02 C0 n/ ۲ v = V
درفرمول فو ق V0ولتاژ شارژ اولیه، C0ظرفیت خازن ذخیره انرژی، n تعداد پالسها، t زمان واکنش ، R مقاومت موثر و v حجم فراوری شونده در اتاق واکنش می باشد.
۲-۷-۱- پالسهای دایره ای:
در این سیستم یک مسیر انتقال ولتاژ قوی با یک محل تخلیه( انتقال پالس) متصل می شود. البته، دو مشکل به هنگام استفاده از مسیر انتقال ولتاژ قوی جهت پالسهای دایره ای وجود دارد. مشکل اول سختی تنظیم مقاومت ماده غذایی با مقاومت ظاهری مسیر انتقال می باشد. مقاومت ظاهری مسیر جریان باید به نحوی با مقاومت ماده غذایی تنظیم گردد که بیشترین انرژی به ماده غذایی منتقل شود. مشکل دیگر این است که مسیر انتقال ولتاژ قوی برای پالسهای طولانی مناسب نمی باشد، چرا که قیمت کابلهای التریکی طویل زیاد است. این مشکل را می توان با بکار گیری شبکه تشکیل پالس( PFN) برطرف نمود . اساسا مدار PFN یک مسیر چندگانه انتقال می باشد که به چند خازن القا کننده بسته شده است. دانسیته انرژی (ًQ)برای پالس های دایره ای به کمک فرمول ذیل محاسبه می شود:
Q = VIτn/ v = V2τ n / Rv = v ۲t / R v
در فرمول فوق v ولتاژ، شدت جریان و t عرض پالس دایر ای می باشد.
۲-۷-۲- پالسهای دو قطبی :
مدار لازم جهت تولید پالس های دو قطبی در شکل نشان داده شده است.
در این سیستم از جریان برق مستقیم جهت شارژخازن ذخیره C1 استفاده می شود. علامتی که به کلید SW1 وارد میشود اجازه تخلیه انرژی به خا زن C2 و مواد غذایی موجود در محفظه واکنش را صادر می کند. چنانچه خروجی منبع تولید برق مستقیم نسبت به زمین مثبت باشد ماده غذایی در معرض یک پالس مثبت قرار گرفته است. ولی اگر ولتاژداخل ماده غذایی به صفر نزدیک شود، کلید تغییر جهت SW2 توسط سیستم کنترل کننده فعال شده و انرژی ذخیره شده در خازن C2 به شکل یک پالس منفی در ماده غذایی تخلیه می گردد. با تکرار این تناوب یک سری پالس دو قطبی تولید می شود. زمانی که خازن C1 شارژ شود یک جفت پالس دو قطبی به ماده غذایی منتقل می گردد. (۱۲)
۲-۷-۳- پالسهای متناوب:
میدان الکتریکی متناوب را می توان با تخلیه یک خازن ذخیره تولید کرد. در این سیستم یک القا کننده به صورت موازی به محفظه واکنش متصل شده است. خازن ذخیره نیز بوسیله منبع برق مستقیم شارژ می شود. زمانی که مدار بسته است یک ولتاژ متناوب در القا کننده و ماده غذایی موجود در محفظه واکنش ایجاد می گردد. پالس متناوب ایجاد شده و فرکانس رزوتانس را می توان به کمک ظرفیت خازن، ظرفیت القایی و مقاومت مدار مشخص نمود. در ولتاژ متناوب، برای افزایش شدت اثر در مسیرهای مختلف، مدار در شرایط تقریبا مرطوب عمل می نماید.
۲-۸- مکانیسمهای غیر فعال شدن سلولها در میدانهای الکتریکی پالسی:
تخریب الکتریکی غشاهای بیولوژیکی به طور گسترده ای بررسی شده است. این بررسیها بر مبنای سیستمهای مدل نظیر لیپوزومها، دولایه های مسطح و کیسه های فسفولیپید بوده اند. خواص دولایه های لیپیدی مشابه خواص غشاهای سلولی هستند. تخریب دو لایه های لیپیدی و غشاهای زنده رامی تواند بر مبنای ذیل توصیف نمود:
*تخریب دی الکتریک،
*آستانه پتانسیل ورا غشایی وفشردگی غشای سلولی،
*خواص ویسکوالاستیک غشاهای سلولی،
*آرایش موزاییکی مایع لیپیدی و پروتیین ها در غشای سلولی،
*نقایص ساختمانی غشاها، (۱۷)
*تورم اسمزی و کلوییدی. (۱۵)
زیمرمن و همکارانش معتقدند که تماس سلولهای بیولوژیکی با میدانهای الکتریکی یک اثر یونی پانچ ترو به وجود آورده و موجب تخریب دیالکتریکی غشای سلول می شود. اثر یونی پانچ ترو افزایش سریع هدایت الکتریکی غشا همراه با حرکت یونی است .تغییر خاصیت نفوذ پذیری و ساختمان غشا که در ولتاژ بحرانی تخریب مشاهده می شود، تخریب دی الکتریکی سلول نامیده می شود .در مورد سلولهای قرمز خون و باکتریها استفاده از میدانهای الکتریکی با شدت ۱۰۰۰۰ – ۱۰۰۰ V/cm موجب تخریب دی الکتریکی غشاهای سلولی می شود.
هنگامیکه دو لایه های کیسه های فسفولیپیدی در معرض یک میدان الکتریکی شدید قرار می گیرند( به علت حرکت در طول خطوط میدان الکتریکی) پلاریزه می شوند. دو لایه لیپیدی محیط هدایتی ضعیفی است، لذا یونها در سطح دو لایه جمع شده و یک پتانسیل ورا غشایی به وجود می آورند (۳۰ و۳۱ ). هر گاه پتانسیل وراغشایی ایجاد شده بیشتر از پتانسیل طبیعی سلول ( حدود یک ولت ) باشد غشا پاره می شود. پتانسیل وراغشایی حاصل تابعی از شدت میدان الکتریکی و اندازه سلول است .با این فرض که سلولهای کروی بوسیله غشاهای غیر هدایتی احاطه شده اند ،پتانسیل ایجاد شده (Vm ) عبارت خواهد بود از:
Vm = fa Ec
دراین رابطه f فاکتور شکل و معادل ۵/۱ برای سلولهای کروی، a شعاع سلول و Ec شدت میدان الکتریکی بکار رفته است. پتانسیل غشایی ایجاد شده برایسلولهای غیر کروی با این فرض که شکل سلول شامل یک استوانه با دو نیمکره در هر انتها می باشد تعیین می شود.
پتانسیل الکتریکی (Vm ) روی غشای سلول بر اساس خواص ویسکوالاستیک غشا از رابطه ذیل بدست می آید:
که σ کشش سطحی، G مدول الاستیسیته برشی غشا ،h ضخامت غشا، mε نفوذ پذیری نسبی غشا و oε معادل F/m است.
تخریب سلول را می توان بر اساس تراکم غشاها در میدانهای الکتریکی شدید نیز توضیح داد. در یک مدل ساده سلولی، غشای سلول یک خازن تلقی می شود که از یک ماده دی الکتریک با ثابت دی الکتریک پایین پر شده است. ثابت دی الکتریک ساختمان دولایه لیپیدی غشای سلول معادل ۲ است. ثابت دی الکتریک داخل سلول بسیار بیشتر از دی الکتریک غشای سلول است. اگرثابت دی الکتریک محیط اطراف سلولها بالا باشد، بارهای آزاد در هر دو سطح غشا تجمع می یابند. القای یک میدان الکتریکی خارجی سبب تجمع بارهای سطحی اضافی و افزایش اختلاف پتانسیل روی غشا می شود. بارهای تجمع یافته در دو سطح غشا مخالف بوده و یکدیگررا جذب می کنند و در نتیجه غشا متراکم می شود. نیروی الکتروتراکمی ( pe) در هر واحد سطح غشا از رابطه ذیل بدست می آید.
Pe =
ضخامت غشا E میدان الکتریکی، ε ثابت دی الکتریک یا نفوذ پذ یری الکتریکی نسبی و نفوذ پذیری فضای آزاد می باشد.
اگرنیروی تراکمی مستقل از مکان X باشد، آنگاه:
Pe =
V اختلاف پتانسیل الکتریکی روی غشا می باشد. تراکم غشا سبب ایجاد نیروهای کنشی الاستیک می شود. با فرض اینکه غشا یک ماده الاستیک ایده آل( خطی) است نیروی باز گشت مکانیکی (Pm ) در هر واحد سطح عبارت است از:
Pm =
Y مدول تراکمی الاستیک غشا است که به صورت سرعت کاهش ضخامت با فشار تعریف می شود و ضخامت غشا قبل از کنش است.
Pe + Pm = 0 در حالت تعادل

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...