生物医用电极ppt课件.ppt

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1、第十二章生物医用电极第一节检测电极和刺激电极第二节极化现象及其对生物电检测和电刺激的影响第三节极化电极和不极化电极第四节电极的阻抗特性第五节检测电极和电刺激电极第六节微电极第一节检测电极和刺激电极一、检测电极由于生物体内的物理、化学变化使生物体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，这种电极称为检测电极生物电位一般较难测准，这是因为生物电的信号弱、信号源的阻抗高以及生物体与电极间的界面现象复杂等因素造成的。二、刺激电极刺激电极是对生物体施加电流或电压所用的电极。检测电极是个

2、敏感元件，是用来测定生物电位的，而刺激电极是个执行元件，它主要用于三个方面：①研究可兴奋组织的传导和反应的规律；②向生物体内通入外加电流以便达到治疗某种疾病的目的；③控制或替代生物体的某些功能，如临床上用的去颤器和心脏起搏器上所用的电极。有时同一个电极兼有检测和刺激的双重功能。心脏起搏器上的电极即属于此种电极。三、电极的分类根据电极的大小和工作时所处的位置可将电极分为宏电极和微电极，宏电极又分为体表电极和体内电极，体内电极又分为皮下电极和植入电极。宏电极微电极体表电极体内电极皮下电极植入电极长期植入体内的电极需具备如下的要求：①极化阻抗低，以减小刺激所需的能量；②对生物体无毒无害；

3、③对生物组织相容性好。第二节极化现象及其对生物电检测和电刺激的影响一、极化现象电极电位是当没有电流通过电极／溶液界面时电极所具有的电位。此种电极电位也称为可逆电极电位或平衡电极电位。但在有电流通过电极／溶液界面时，电极电位便从平衡电极电位E(o)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E(i)与它没有电流通过时的千衡电极电位E(o)发生偏离的现象称为极化现象。定量描述极化现象则采用极化电压或叫超电压η表示：η=E(i)-E(o)在有一定电流通过电极时，电流将会受到各种阻力作用而造成超电压，产生超电压的主要原因有下列四种：(1)通过电极双电层的电

4、荷转移。(2)反应物朝向电极的扩散和产物离开电极的扩散。(3)电极上的化学反应。(4)电阻极化。假定这些超电压相互独立，则总的超电压可写成：η=ηt+ηd+ηr+ηR式中：ηt＝电荷转移超电压；ηd＝扩散超电压；ηr＝反应超电压；ηR=欧姆超电压。(1)电荷转移超电压：(2)扩散超电压：在电解液中离子运输，可以通过浓度梯度产生的扩散过程，也可以通过电场作用下的电迁移过程进行。AgNO3Ag(3)反应超电压：反应超电压的机理与扩散超电压类似，但反应超电压产生的浓度改变的效应是由于化学反应而不是由于电极反应引起的。(4)电阻超电压：除上述几种超电压外，电解液的欧姆电阻、扩散层中的浓度梯

5、度以及电极表面上表面膜也都会引起电位变化，将这些电位变化统称为电阻超电压。二、电极极化对生物电位的检测和电刺激的影响电刺激是要通过电极把有限电流送入生物体某组织器官，而测定生物电位，是要通过电极把待测部位的电位引导到检测系统加以测定。测定结果显示：电解池本身产生一种与外加电动势极性相反的电动势，即左正，右负。产生上述现象的原因是与电荷转换、扩散和化学反应超电压有关。当电化学系统处于平衡状态时，溶液中存在NaCl浓度的分布各处是均匀的。当外接电池电压加到电极上，在电极上有电流通过时，在阴极上发生电极反应为：在阳极上发生电极反应为：1、电极极化对电刺激的影响电刺激的目的是将电流通过电极

6、送入生物体某个组织器官。但因电极极化而不能在指定电压下将所需电流送入生物体某个组织器官。电刺激过程是一种与电解有关的过程。电流是通过电极／导电溶液界面的电极反应将电子转换成离子传送到生物体内，然后电流经过组织器官到达另一个电极／导电溶液界面，在此界面上发生电极反应是将离子转换成电子而离开生物体进入电极。由于电极极化，阻碍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。在进行电刺激时应尽量设法减小电极极化。2、电极极化对电位检测的影响测定生物电位，是要通过电极把待测部位的电位引导到检测系统进行测定。由于测量电位的电极不是通过串联电容，而是直接耦合到放大器的前置放大器上，因而

7、前置放大器的偏置电流和皮肤电反应的电压会使电极发生极化，产生超电压，这个超电压在前级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。电极极化产生的超电压虽不恒定，但直流成分仍为其主要成分。为防止前级放大器饱和而引起失真，除正确设计耦合电容前的放大级的增益外，更重要的是需要努力降低电极极化产生的超电压。第三节极化电极和不极化电极一、极化电极在给电极施加电压，或通入电流时，在电极／电解溶液界面上无电荷通过，而有位移电流通过的电极