Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Heric Denis Farias.pdf: 2196819 bytes, checksum: ebe776ba26727b6ab81d9c4b1fb49e5d (MD5) Previous issue date: 2016-09-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The application of high electric fields on biological cells causes the formationof pores in the cell membrane, thereby causing an increase in their permeability. This phenomenon, called electropermeabilization have attracted increasing attention due to its wide application in biotechnology. Even being known for decades, the pore opening process in biological cell membranes is still not fully understood, nor was it even properly modeled. In this paper, two types of modeling are presented, which allow characterizing the electropermeabilization in biological cell suspensions. One of the methods is based on the analysis of the electrical impedance spectra of suspensions using genetic algorithm to determine parameters of a generic model dielectric dispersion. The other method uses instantaneous voltage and current values applied to a cell suspension during the electroporation experiment to determine the variation of the medium conductivity and thus, through the analytical model proposed by Ramos and colleagues (RAMOS et al., 2012), determine the cell conductivities. By modeling the impedance spectrum, it was observed the change in the dielectric dispersion of the sample due to the electropermeabilization process, in addition to obtaining the electrical conductivity and permittivity of the involved media. Using the electroporated cell model proposed by Ramos and colleagues (RAMOS et al., 2012), it was possible to determine the change of membrane conductance during the electropermeabilization. The validity of this model is assessed using finite element simulations, which showed good agreement with the analytical model used. Genetic algorithms are used in obtaining the parameters of the various models presented, showing great robustness in obtaining parameters based on the git between experimental and theoreticalcurves. / A aplicação de campos elétricos intensos em células biológicas provoca a formação de poros na membrana celular, causando assim o aumento de sua permeabilidade. Este fenômeno, denominado de eletropermeabiliza ção têm atraído cada vez mais atenção devido a sua ampla aplicação em biotecnologia. Mesmo sendo conhecido há várias décadas, o processo de abertura de poros em membranas de células biológicas ainda não é plenamente entendido e nem foi ainda corretamente modelado. Neste trabalho, apresenta-se dois tipos de modelagem que permitem a caracterização da eletropermeabilização em suspensões de células biológicas. Um dos métodos baseia-se na análise do espectro de impedância elétrica de suspensões com o uso de algoritmo genético para determinar parâmetros de um modelo genérico de dispersão dielétrica. O outro método utiliza valores instantâneos de tensão e corrente aplicados em uma suspensão de células durante um experimento de eletropermeabiliza ção para determinar a variação da condutividade do meio e com isso, através do modelo analítico proposto por Ramos e colaboradores (RAMOS et al., 2012), determinar a condutividade das células. Através da modelagem do espectro de impedância, foi possível verificar a alteração da dispersão dielétrica da amostra devido ao processo de eletropermeabiliza ção, além da obtenção das condutividades e permissividades elétricas dos meios envolvidos. Utilizando o modelo de célula eletropermeabilizada proposto por Ramos e colegas (RAMOS et al., 2012), foi possível obter a variação da condutância de membrana durante a eletropermeabilização. A validade deste modelo é avaliada utilizando simulações em elementos infinitos, as quais apresentaram grande concordância com o modelo analítico utilizado. Algoritmos genéticos são utilizados na obtenção dos parâmetros dos diversos modelos apresentados, mostrando grande robustez na obtenção de parâmetros baseada no ajuste entre curvas experimentais e teóricas.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Toshiyuki Matsumi.pdf: 2530177 bytes, checksum: d45251b727305a9062002cf939cb57eb (MD5) Previous issue date: 2009-07-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Electropermeabilization is the process of transient increase in the permeability of biological membranes of cells subjected to intense electric fields. This technique is currently still in development and has important clinical and technological applications such as electrochemotherapy and gene transfer. Electroporator is the equipment used in the generation and application of such intense fields. This dissertation presents the design, construction and testing of an electroporator for use in biomedical research. The proposed equipment presents versatility and performance appropriate to allow for different types of experiments with biological tissues or cell suspensions. It consists of a voltage generator with programmable wave form, a high voltage amplifier with high output current capability and a system for transduction of voltage and current in the sample. Both the generation of signal as the measured values in the load are monitored by a program built in LabVIEW® environment that triggers a data acquisition card with 16 bits of resolution. The performance of the electronic system developed fully meets the requirements of project. The amplifier can deliver up to 500V and 5A to the load during a time interval enough for the testing of electropermeabilization. The bandwidth, slightly higher than 100kHz and the step response time of the order of 1μs are suitable for performing experiments with different waveforms and different sizes of cells. An important application of the equipment built is demonstrated with an experiment of electropermeabilization in suspension of red cells of rats. This result demonstrated the occurrence of increased conductivity of the sample during stimulation with high-intensity electric field. / Eletropermeabilização é o processo de aumento transitório da permeabilidade das membranas de células biológicas submetidas a campos elétricos intensos. Esta é uma técnica atualmente ainda em desenvolvimento e que possui importantes aplicações clínicas e tecnológicas tais como a eletro quimioterapia e a transferência genética. Os eletropermeabilizadores são equipamentos usados na geração e aplicação desses campos intensos. Esta dissertação apresenta o projeto, construção e teste de um eletropermeabilizador para uso em pesquisa biomédica. O equipamento proposto apresenta versatilidade e desempenho adequados para permitir a realização de diferentes tipos de ensaios com tecidos biológicos ou suspensões de células. É constituído de um gerador de tensão com forma de onda programável, um amplificador de alta tensão e alta corrente de saída e um sistema de transdução de tensão e corrente na amostra analisada. Tanto a geração de sinal quanto os valores medidos na carga são monitorados por um programa construído em ambiente LabVIEW® que aciona uma placa de aquisição de dados com 16 bits de resolução. O desempenho do sistema eletrônico desenvolvido atende completamente os requisitos de projeto. O amplificador pode fornecer até 500V de amplitude de tensão com 5A de corrente de carga durante intervalos de tempo suficientes para os ensaios de eletropermeabilização. A banda passante pouco maior que 100KHz e os tempos de resposta ao degrau da ordem de 1μs são adequados para a realização de experimentos com diferentes formas de onda e diferentes tamanhos de células. Uma importante aplicação do equipamento construído é exemplificada com um experimento de eletropermeabilização em suspensão de hemácias de rato, sendo demonstrada a ocorrência de aumento da condutividade da amostra durante a estimulação com campo elétrico de alta intensidade.