Все дипломы > Медицина > Добавить в закладки
Коллеги автора


Оставь голос:
Вы следите за научными мировыми открытиями?
Изредка о чем-то узнаю
Внимательно слежу
Нет - мне не интересно


Процитируем:
...« Приведена терминология, используемая в биосенсорном анализе. Дано краткое определение типам преобразователей, составляющих основу биосенсоров. Представлены характеристики био»...
подробнее

Медицина


Часто просматривают следующие страницы:


Френсис Бекон:

"Невежды презирают науку, необразованные люди восхишаются ею, тогда как мудрецы пользуются ею"



Измерительная часть (рис. 4.1.31) включает генератор линейного напряжения (2), приемный усилитель (3), блок детектирования (4), усилитель постоянного тока (5), компаратор (6), блок цифровой индикации (7), генератор импульсов питания светодиода (9). Светодиод соединен с генератором прямоугольных импульсов тока, обеспечивающим питание светодиода. Импульсы имеют скважность 1, частота регулируется в пределах от 1 до 10 кГц. Фототок, генерируемый полупроводником, поступает на вход высокоомного приемного усилителя, выходной сигнал которого после детектирования поступает на вход усилителя постоянного тока. С выхода усилителя сигнал поступает на блок цифровой индикации и одновременно на компаратор, производящий сравнение задаваемого опорного сигнала с сигналом, поступающим от генератора линейно-изменяющегося напряжения.

Для удобства измерений и расширения функциональных возможностей прибора предусмотрены два режима работы - однократный и периодический. При периодическом происходит повторяющаяся регистрация ВАХ с регулируемым периодом (30 сек - 2 мин). Данный режим позволяет изучать динамику изменения ВАХ в ходе биохимических реакций на поверхности сенсора. Кроме режима периодической регистрации ВАХ имеется режим периодической регистрации изменений Vхим, происходящих при заданном значении фототока. Этот режим удобно использовать при регистрации изменений рН раствора, находящегося в измерительной кювете, для регистрации биохимических реакций. При этом величина эффективного потенциала смещения Uсм* = Uсм + Vхим, представляется на блоке цифровой индикации с периодом, равным периоду циклов. Для регистрации зависимости фототока от времени предварительно на линейном участке ВАХ выбирается рабочая точка и устанавливается соответствующее значение фототока. В этом случае на выход прибора поступает сигнал, отражающий зависимость фототока от времени при изменении рН на измерительной поверхности сенсора.

Рис. 4.1.32. Схематическое изображение кюветы и электрической схемы СПС.

Для а): 1 - светоадресуемый сенсор; 2 - уплотняющая прокладка; 3 - электролит; 4 - электрод сравнения; 5 - корпус (разъемные части А и Б); 6 - светодиод; 7 - оправа светодиода.

Для б): упрощенная эквивалентная электрическая схема СПС. Обозначения: Uсм - потенциал смещения; Rэ - сопротивление окружающего электролита; Vхим - потенциал на границе "электролит-диэлектрик"; Cд - емкость диэлектрика; Со - емкость обедненного слоя полупроводника; Д - диод; Iф - внутренний генератор фототока; РУ - регистрирующий усилитель; I - фототок, протекающий во внешней цепи.

В приборе имеется выходное гнездо для подключения внешних измерительных приборов (самописца) и регистрации на диаграммную бумагу ВАХ и изменений фототока во времени, отражающих изменение рН раствора.

Качественно анализ физических явлений в системе "металл-диэлектрик-полупроводник" или в аналогичной ей системе "электролит-диэлектрик-полупроводник" при облучении светом можно описать следующим образом. В отсутствие освещения СПС (в дальнейшем упоминании тождественно "кремниевый сенсор", "датчик"), ведет себя как структура "электролит-диэлектрик-полупроводник". Для СПС, изготовленных из кремния n-типа и рассматриваемых в данном случае, положительный потенциал смещения Uсм, приложенный к электроду сравнения, концентрирует электроны у границы "полупроводник-диэлектрик" и обогащает основными носителями эту область. В таком состоянии система аналогична конденсатору, емкость Сд которого является фиксированной и зависит только от толщины диэлектрического слоя, площади и свойств диэлектрика затвора. В случае отрицательной полярности Uсм электроны смещаются в противоположном направлении, обедняя носителями границу "полупроводник-диэлектрик". Обедненный слой можно представить как диэлектрик, формирующий другой конденсатор Со, последовательно включенный с Сд. Толщина диэлектрика является функцией потенциала смещения. Это означает, что емкость обедненной зоны Со также будет зависеть от Uсм. При увеличении отрицательного потенциала Uсм величина Со будет снижаться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние максимального обеднения (расстояние между обкладками конденсатора увеличено максимально).

Облучение поверхности кремния ИК-светом вызывает генерацию пар "электрон-дырка". Появляющиеся дополнительные носители могут диффундировать в объем полупроводника, рекомбинировать или разделяться электрическим полем. Когда полупроводник находится в режиме обеднения, электрон-дырочные пары разделяются электрическим полем за времена, значительно меньшие, чем время их рекомбинации. Это приводит к тому, что включение освещения вызывает ток, связанный с дополнительной зарядкой емкости Со. Ток носит импульсный характер и его величина со временем уменьшается до нуля по мере достижения установившегося состояния полупроводника. Выключение света приводит к появлению импульса тока противоположной полярности и восстановлению исходного состояния зоны обеднения. Модуляция интенсивности света (режим "включение-выключение") с малым, по сравнению со временем затухания фотоидуцированных импульсов тока, периодом приводит к генерации в цепи СПС переменного тока, который может быть зарегистрирован внешним измерительным усилителем. Измеряемым параметром является амплитуда тока I, протекающего через внешнюю цепь (рис. 4.1.29). В режиме максимального обеднения зоны в широком диапазоне частот модуляции светового потока (до 10 кГц) величина I пропорциональна Iф (Iф - фототок в полупроводнике, обусловленный образованием электрон-дырочных пар) и определяется величинами Сд и Со. Для данной эквивалентной схемы (см. рис. 4.1.32) выражение для тока имеет вид: I = Iф[Сд/(Cд + Co)]. В режиме насыщения, несмотря на генерацию электрон-дырочных пар и разделение зарядов, ток во внешней цепи мал, поскольку в этом случае величина шунтирующей емкости Со велика, а сопротивление для рекомбинации зарядов (представлено диодом на рис. 4.1.32) мало.

СПС-система, функционирующая в соответствии с рассмотренным принципом, является основой для создания ферментных и клеточных биосенсоров. Действительно, если диэлектрик является рН-чувствительным, а биохимическая реакция приводит к изменению рН, то на границе раздела "раствор-диэлектрик" изменяется химический потенциал Vхим, который суммируется с заданным Uсм, изменяя при этом эффективный потенциал смещения и приводя к изменению фототока (рис. 4.1.30).

Пример сигналов биосенсора на основе СПС и бактериальных клеток приведен на рис. 4.1.33. Детектируемым субстратом являлась глюкоза, которую порциями вводили в измерительную ячейку (в экспериментах были использованы бактериальные клетки Gluconobacter oxydans, способные с высокой скоростью окислять глюкозу и выделять во внеклеточное пространство кислые продукты реакции: 2- и 5 -кетоглюконовые кислоты). Модель клеточного сенсора имела высокую чувствительность и при достаточно низких концентрациях глюкозы в среде (порядка 10-4 М) позволяла получать аналитические отклики сенсора, характеризующиеся высоким отношением сигнал/шум.

На правах рекламы
. На счету нашей дизайн студии также разработка Интернет магазина для нашей компании, разработка сайта. |

Главы - параграфы


Так говорят:
Ну что я могу сказать? :) От одного только выражен...
Автор: ираида
Биосенсорный метод анализа химических соединений в...
Автор: Иришка
Данное учебное пособие содержит так много хорошего...
Автор: ромка
Я и в школе химию особенно не понимала, и теперь-т...
Автор: коля
Только что дочитал последнюю главу. Вообще замечат...
Автор: паша


Наука России - Наше будущее!