Carlos Rafael Pinedo

This document illustrates the processes carried out for the construction of an ionospheric sensor or ionosonde, from a universal software radio peripheral (USRP), and its programming using GNU-Radio and MATLAB. The development involved the in-depth study of the characteristics of the ionosphere, to apply the corresponding mathematical models used in the radar-like pulse compression technique and matched filters, among others. The sensor operates by firing electromagnetic waves in a frequency sweep, which are reflected against the ionosphere and are received on its return by the receiver of the instrument, which calculates the reflection height through the signal offset. From this information and a series of calculations, the electron density of the terrestrial ionosphere could be obtained. Improving the SNR of received echoes reduces the transmission power to a maximum of 400 W. The resolution associated with the bandwidth of the signal used is approximately 5 km, but this can be improved, taking advantage of the fact that the daughterboards used in the USRP allow a higher sampling frequency than the one used in the design of this experiment.

This paper presents the cellular proliferation effects of the exposure to extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on in-vitro cellular cultures HeLa and CHO. Through the magnetic stimulation system (MSS) the cells were exposed to magnetic fields with sinusoidal waveform at 50 Hz; initially for 40 minutes at intensities of 0.4 mT, 1.4 mT, 2.13 mT, 2.49 mT and 2.53 mT in parallel and perpendicular directions to the culture plates. Subsequently, the repetitive electromagnetic field (rEMF) was applied to 2.49 mT in parallel direction (for 40 minutes every twelve hours during 4 days) with which the highest cellular proliferation rate was obtained at 66.6 %. The results show a greater effect on proliferation in radiated cell lines, particularly in the application of rEMF a greater effect of ELF-EMF was observed in the proliferation rate of HeLa cells than in CHO cells, in contrast to the respective control cells. These results supported by other studies serve as a reference in the search for alternatives for the treatment of cervical cancer and the maintenance and preservation of cell lines.

Key words: Bioelectromagnetics; Magnetic fields; Bioreactor; Helmholtz coils; Biomedical applications of radiation

This article presents the preliminary results obtained from an earlier publication of a design study performed to integrate a cellular culture bioreactor along with an external magnetic stimulation system, which was aimed at creating ideal environmental conditions that allowed for cellular culture and cellular tissue growth to take place in three dimensions, under a sterile environment favorable for the development of bioorganic grafts which were exposed to controlled electromagnetic fields. Cellular tissue was used from cellular lines of Normal Human Skin Fibroblast (NHSF) and was seeded on bio-synthetic scaffolds synthesized from polylactic acid (PLA) and Chitosan mixtures. The cellular tissue covered scaffold was then introduced into the cellular culture bioreactor, subsequently it was filled with cellular culture medium and put under dynamic flow conditions in while at the same time using the external magnetic stimulation system to irradiate the cellular tissue with controlled magnetic fields. The results present static tests of cell growth where the maximum change in growth was after 48 hours when the cells were exposed to a 1 mT, 60 Hz magnetic field; they proliferated at a rate of 52% without Chitosan, 75% with Chitosan and 53% under dynamic flow versus the non-exposed cellular tissue. These results have allowed us to continue our experimentation techniques to evaluate changes in 3-dimensional growth of magnetically stimulated tissues under dynamic flow.

Se presenta una metodología de diseño e implementación de un sistema para generación de campos magnéticos uniformes de baja magnitud y frecuencia, sobre un volumen específico utilizando una bobina Helmholtz cuadrada tri-axial. El procedimiento de diseño se basa en conceptos teóricos y simulaciones a partir de expresiones matemáticas simples que relacionan el área, con campo magnético uniforme, con la longitud de las bobinas. Además, se conotruye el modelo computacional y se simula usando software de elementos finitos. Se observa que los resultados teóricos son consistentes con los resultados del modelo de simulación y las pruebas mediante medición de campo magnético. Se concluye que la metodología de diseño permite establecer un procedimiento simplificado y repetible, para obtener campo magnético uniforme en un volumen de trabajo adecuado para realizar estudios in-vitro o in-vivo.

This paper presents an analysis of magnetic field homogeneity of square and circular Helmholtz coils pairs. The analysis is based on the Bio-Savart law for which it performs a Taylor series approximation for the magnetic field at a point on the axis of symmetry, finding an approximate expression of the homogeneity with respect to the parameter radius / length. Finally, a computational model is performed in COMSOL and comparing the magnetic field distribution for both geometries.

Los modelos computacionales son un área en continuo desarrollo e investigación que se usan como apoyo a los procedimientos experimentales. Estos representan una herramienta fundamental para definir variables cada vez más específicas a aplicarse reduciendo tiempo de investigación y dinero. En este estudio se desarrolló un modelo computacional 3D de células de fibroblastos y osteoblastos humanas estimulados por campos magnéticos. El modelo se creó a partir del esquema experimental real formado por la fuente (Bobina Helmholtz), una placa FalconTM de 96 pozos y el material celular. La resistencia eléctrica para las células se midió en cada material biológico y en el modelo se asignó la resistividad. La densidad de flujo magnético aplicada fue de 1.0 y 1.5 mT y frecuencias entre 15 y 105 Hz. Las variables evaluadas fueron el campo eléctrico, la densidad de corriente y el calentamiento eléctrico. Se observó un crecimiento exponencial de las señales inducidas con la frecuencia y la densidad de flujo magnético generado, más significativo para el primer caso.

El siguiente trabajo presenta una revisión de las propiedades eléctricas de los tejidos biológicos. Los tópicos incluidos en el trabajo son el estudio, caracterización y técnicas de medición. Se aborda el tema de las propiedades de conductividad (σ) y permitividad (ε) eléctrica de los tejidos y los modelos creados para su estimación y aproximación. Se presentan las características de los elementos de medición, ventajas y desventajas de los diferentes métodos creados y sus aplicaciones. Se mencionan algunos de los tipos de señales más utilizadas en cuanto a corriente y frecuencia de aplicación. Finalmente se presentan algunas recomendaciones a tener en cuenta al momento de realizar mediciones in vivo, para disminuir los errores debido a las múltiples fuentes fisiológicas. Esta revisión permitió obtener los lineamientos y condiciones de un trabajo de medición de impedancia de fémur que se encuentra en desarrollo.