Импеданс биологических систем

В заключение этой части обзора автор хотел бы снова подчеркнуть, что 1) всегда необходимо тщательно учитывать, в какой мере поляризация электродов вносит вклад в измеряемый импеданс биологической системы, и 2) необходимо принимать во внимание расположение силовых линий электрического поля между электродами. [c.361]

Теперь мы более или менее в состоянии рассмотреть некоторые механистические причины частотной зависимости электрических свойств систем, помещенных между электродами и включающих не только ионные растворы, но и биологические материалы. Диэлектрические (пассивные электрические) свойства биологических материалов и различных химических [206] веществ давно (см., например, [157]) привлекают внимание исследователей как с чисто познавательной, так и аналитической точки зрения. Так, например, еще в 1899 г. Стюарт [204] заметил, что низкочастотная проводимость плазмы крови превышает проводимость цельной крови, из которой она получена, на величину, являющуюся монотонной функцией гематокрита, и вывел уравнение, позволяющее по проводимости оценивать гематокрит. С тех пор по этому вопросу накоплена обширная литература. Она непрерывно пополняется, и ее объем слишком велик, чтобы дать адекватный ее обзор в этой книге. Поэтому автор хотел бы ограничиться следующими моментами 1) обратить внимание читателя на многие превосходные книги, обзорные статьи и монографии по диэлектрической спектроскопии биологических веществ 2) рассмотреть вкратце наиболее важные особенности диэлектрических дисперсий, описанные для биологических систем, механистические модели, описывающие такие системы, и соотношения между диэлектрическими свойствами и эффективным дипольным моментом молекул, для которых наблюдается дисперсия 3) описать некоторые методы анализа и приборы, используемые на практике или разработанные, в основе которых лежат измерения проводимости, диэлектрической проницаемости или их векторной суммы. Далее предполагается вкратце рассмотреть некоторые технические и методологические аспекты, которые следует учитывать при проведении измерений импеданса биологических систем, обращая особое внимание на различия между релаксационными измерениями и измерениями в широком диапазоне частот. Отсюда мы перейдем к обсуждению временного степенного анализа (фурье-анализа) в области биосенсоров вообще. И наконец, попытаемся свести вместе рассмотренные выше идеи и факты, чтобы найти новые подходы к конструированию и эксплуатации биосенсоров. [c.354]

Для чисто омического сопротивления максимальный ток и максимальное напряжение, естественно, совпадают 1В0 в1ремени (нет сдвига фаз). В большинстве реальных цепей одновременно существуют емкости и омические сопротивления. Поэтому угол сдвига фаз между потенциалом и током может быть любым от О до 90°. Отношение максимального значения потенциала к максимальному значению тока в таких цепях называется импедансом. В биологических системах мы вообще имеем дело с цепями, имеющими и сопротивление и емкость. Такая система может быть представлена как цепь рассмотренного выше типа (рис. 31). [c.188]

До сих пор мы почти не уделяли внимания техническим и инструментальным вопросам импедансометрии, поскольку обычно пользователю достаточно знать, что применяемые им методы вытекают непосредственно из лежащих в их основе принципов. В ряде обзоров обсуждаются импедансные измерения в химических [17, 21, 105, 132, 173, 176, 196, 213] (см. также приведенные выше ссылки на работы по электрохимическим системам), а также в биологических системах [61, 91, 100, 143, 163, 184] в диапазоне до приблизительно 30 МГц. Эта частота выбрана в качестве критерия потому, что примерно в этой точке длина волны электромагнитного излучения приближается к размерам измерительной системы, так что при больших частотах рассмотренное выше описание электрической цепи перестает быть применимым и необходимо перейти к теории поля, основанной на уравнениях Максвелла (см., например, [24, 48, 131]). В этих условиях импеданс электродов становится пренебрежимо малым. Представление о состоянии работ по методологии высокочастотных измерений можно получить из статей [12, 40, 60, 77, 203, 208] к этому вопросу мы больше не будем возвращагься. [c.359]

Чтобы выразить вышесказанное иначе, обратимся к знакомой всем идее использования зависящего от частоты поглощения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света для анализа биологических (и других) материалов. Поскольку свет-это только форма электромагнитного излучения, хотя и довольно высокой частоты (порядка 10 " Гц), вполне допустимо предположить, что и аналогичное поглощение электрической энергии более низких частот можно использовать в биоаналитических приборах. При таких частотах, по крайней мере ниже примерно 30 МГц, электрод должен выступать как посредник между возбуждающим электрическим полем и исследуемым образцом. Тогда, как и в упомянутых выше чисто электрохимических методах, можно изучать частотно-зависимые, пассивные электрические свойства системы, состоящей из электродов и биологического материала иными словами, можно изучать импеданс или адмиттанс системы. [c.344]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология