Elf magnetic field influence on ION Channels studied by Patch Clamp Technique: exposure set up and "Whole Cell" measurements on Potassium currents

The aim of this thesis was to study the effects of extremely low frequency (ELF) electromagnetic magnetic fields on potassium currents in neural cell lines ( Neuroblastoma SK-N-BE ), using the whole-cell Patch Clamp technique. Such technique is a sophisticated tool capable to investigate the electrophysiological activity at a single cell, and even at single channel level. The total potassium ion currents through the cell membrane was measured while exposing the cells to a combination of static (DC) and alternate (AC) magnetic fields according to the prediction of the so-called ‘ Ion Resonance Hypothesis ’. For this purpose we have designed and fabricated a magnetic field exposure system reaching a good compromise between magnetic field homogeneity and accessibility to the biological sample under the microscope. The magnetic field exposure system consists of three large orthogonal pairs of square coils surrounding the patch clamp set up and connected to the signal generation unit, able to generate different combinations of static and/or alternate magnetic fields. Such system was characterized in term of field distribution and uniformity through computation and direct field measurements. No statistically significant changes in the potassium ion currents through cell membrane were reveled when the cells were exposed to AC/DC magnetic field combination according to the afore mentioned ‘Ion Resonance Hypothesis’.

Co-simulazione e co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali

L’attività di ricerca contenuta in questa tesi si è concentrata nello sviluppo e nell’implementazione di tecniche per la co-simulazione e il co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali. Questo lavoro presenta un metodo rigoroso per considerare le interazioni tra due sistemi posti sia in condizioni di campo vicino che in condizioni di campo lontano. In sostanza, gli effetti del sistema trasmittente sono rappresentati da un generatore equivalente di Norton posto in parallelo all’antenna del sistema ricevente, calcolato per mezzo del teorema di reciprocità e del teorema di equivalenza. La correttezza del metodo è stata verificata per mezzo di simulazioni e misure, concordi tra loro. La stessa teoria, ampliata con l’introduzione degli effetti di scattering, è stata usata per valutare una condizione analoga, dove l’elemento trasmittente coincide con quello ricevente (DIE) contenuto all’interno di una struttura metallica (package). I risultati sono stati confrontati con i medesimi ottenibili tramite tecniche FEM e FDTD/FIT, che richiedono tempi di simulazione maggiori di un ordine di grandezza. Grazie ai metodi di co-simulazione non lineari/EM sopra esposti, è stato progettato e verificato un sistema di localizzazione e identificazione di oggetti taggati posti in ambiente indoor. Questo è stato ottenuto dotando il sistema di lettura, denominato RID (Remotely Identify and Detect), di funzioni di scansione angolare e della tecnica di RADAR mono-pulse. Il sistema sperimentale, creato con dispositivi low cost, opera a 2.5 GHz ed ha le dimensioni paragonabili ad un normale PDA. E’ stato sperimentata la capacità del RID di localizzare, in scenari indoor, oggetti statici e in movimento.