امكان­سنجي محاسباتي تخمين تغييرات پتانسيل غشاي سلول­هاي كروي بر اساس امپدانس­سنجي فركانس پايين

Computational Feasibility of Estimation of Membrane Potential Changes of Spherical Cells Based on Low Frequency Impedance Measurement

امروزه در بسياري از پژوهش­ها از طيف‌سنجي الكتريكي (يا سنجش امپدانس) به عنوان روشي­ غيرتهاجمي براي توصيف مواد بيولوژيكي، تشخيص و درمان استفاده مي­شود. اين روش مي‌تواند پاسخ دي‌الكتريك بسياري از سلول‌هاي زنده را به صورت درون­تني يا برون­تني بررسي كند. زماني­كه سلول زنده در معرض ميدان الكتريكي قرار مي­گيرد، به دليل جابجايي بارهاي ازاد و مقيد، بر روي سطح غشاي آن اختلاف پتانسيلي ايجاد مي­شود. از مشخصه­هاي اصلي سلول­هاي زنده، پتانسيل غشا است. مطالعات پيشين نشان داده­است كه تغييرات پتانسيل غشا در فركانس­هاي پايين با افت‌هاي α و β در نمودار خواص الكتريكي در ارتباط است. در اينجا ما با استفاده از مدلي تحليلي براي سلول‌هاي كروي شكل معلق در محلول، به بررسي اثر پارامترهاي فيزيكي مختلف بر روي منحني‌هاي دي‌الكتريك ( افت α و β ) و تخمين تغييرات پتانسيل غشا پرداخته­ايم.

Nowadays, dielectric spectroscopy (or impedance measurement) as a noninvasive method used in many research to describe biological materials, diagnosis and treatment. This method can measure the dielectric response of many living cells in-vitro or in-vivo. When a living cell is exposed to an electric field, due to the movement of free and bound charges, a potential difference is created across its membrane. One of the main characteristics of living cells is the membrane potential. Previous studies have shown that membrane potential changes at low frequencies are related to α and β dispersion in the dielectric properties diagram. Here, using an analytical model for spherical cells suspended in solution, we have investigated the effect of different physical parameters on the dielectric dispersion (α and β drop) and estimated the membrane potential changes.