生物医用电极

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1、生物医用电极BiopotentialElectrodes重点内容：一、什么是电极二、电极极化的原因三、电极极化对测量和电刺激的影响四、极化电极和不极化电极五、刺激电极的参数电极电流在生物体内是靠离子传导的，在电极和导线中是靠电子传导的，因此在电极和溶液界面上需要将离子电流转变成电子电流或将电子电流转变成离子电流，从而使生物体和仪器体系构成了电流回路。完成这种换能器作用的器件称为电极当电极与人体接触时，在电极上产生电位，电极实质上完成了将人体内离子（主要是细胞外液中的Na+和Cl-离子，在高频测量中还有细胞内液

2、中的K+）转化为可在金属电极直至前置放大器中流动的电子第一节：电极分类1：按工作性质：检测电极和刺激电极检测电极（detectingelectrode）：由于生物体内的物理、化学变化使生物体内各个部分的正负电荷分布不均匀，从而造成生物体内不同部位或细胞内外的电位不等，测定不同部位的电位需要用电极把这个部位的电位引导到电位测量仪器上进行测量，这种电极称为测量电极。刺激电极（stimulatingelectrode）对生物体施加电流或电压所用的电极。作用1、研究可兴奋组织的传导和反应规律2、向生物体内输入外加电流

3、以便达到治疗某种疾病的目的或控制和替代生物体的某些功能。比较测量电极是敏感元件刺激电极是执行元件2：按电极大小和所处位置分类宏电极（macroelectrode）(1)体表电极(body-surfaceelectrode)：使用时放在生物体皮肤表面(2)体内电极(internalelectrode)：使用时穿透皮肤的电极皮下电极(hypodermicelectrode)：穿透皮肤直接与细胞外液接触的电极植入电极(implantableelectrode)：长期埋植于体内的电极，用以控制或替代生物体的某些功能要

4、求:极化阻抗小、无毒无害、相容性好微电极（microelectrode）:尖端细小,机械性能好,能检测细胞电活动的电极第二节：极化现象及其对生物电检测和电刺激的影响一、极化现象平衡电极电位：当没有电流通过电极/溶液界面时电极所具有的电位。也称为标准半电池电位。当金属电极插入电解液时，在相互接触的界面处，正负离子的浓度由于化学反应，已发生了显著的变化，其结果是环绕金属电极周围的电解液，与其余电解液之间形成电位差，该电位差称为半电池电位（half-cellpotential）当金属上离子的溶解速度和溶液中金属离

5、子向金属沉积的速度相等时,达到了相对稳定,此时金属和溶液之间形成电荷分布—双电层,产生一定的电位差。极化现象：在有电流通过电极/溶液界面时，电极电位从平衡电极电位E（0）变为一个新的、与电流密度有关的电极电位E（i），将电极在有电流通过时的电极电位与它没有电流通过时的平衡电极电位发生偏离的现象称为极化现象1、如何定量描述极化现象当η不等于零时，则称电极出现极化现象，电极出现不可逆工作状态。当电流足够小，平衡电极的反应速率没有受到明显的干扰，则电极电位接近于平衡值，此时称电极处于可逆工作状态2、电极极化产生的原

6、因在有一定电流通过电极时，电流将会受到各种阻力作用而产生超电压（overvoltage）(或叫极化电压)产生超电压的原因：通过电极双电层的电荷转移反应物朝向电极的扩散和产物离开电极的扩散电极上的化学反应电阻极化1、活度超电位Va（activationoverpotential）当电极与电解液接触时，发生氧化-还原反应都需要克服一定的能量势垒，称为活度能。在平衡状态下金属原子被氧化为离子，或金属离子被还原成金属原子沉淀在金属电极上，所需要的活度能量是相当的。但当有电流流过时，则正反两方向所需的活度能不再相等，其

7、大小直接与电流方向相关联，这个能量的差值表现在电极与电解液之间的电压差，称为活度超电压。（1、3）2、电解液浓度超电Vc(concentrationoverpotential)：当有电流流动时，电极和电解液之间的氧化-还原反应平衡关系被打破，引起离子浓度分布的改变，从而使半电池电位偏离平衡状态时半电池电位，其差值称为浓度超电位。（2、3）3、欧姆超电位Vr(ohmicoverpotential)：低离子浓度的电解液不利于电流的流动，产生了电压降，此电压降与电流大小及电解液的阻抗成正比。由于人体离子浓度很低，不

8、完全满足欧姆定律，但仍称由此产生的超电位为欧姆超电位（4）二、电极极化对生物电位的检测和电刺激的影响结论：1、刺激电极的极化，阻碍了电流进入生物体组织器官，因此电极极化对电刺激是个不利因素。2、前置放大器的偏置电流和皮肤电反应的电压会使测量电极发生极化，产生超电压，在前置放大器的输入端产生直流偏置电压，与被测的生物电位一起输到检测系统，因而使被测的生物电位失真。3、电极极化产生的超电压虽不恒定，但主