Диференціальний імпульсний кондуктометр для клітин тварин

Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання власної електропровідності клітин тварин залежно від напруженості поля в різних розчинах за вирахуванням їх провідності. Відомий пристрій для вимірювання питомої електричної провідності рідини [пат. РФ № 2003968, G01N 27/07, G01N 27/42, G01R 27/22, 1993 г.]. Він містить 2 пари різних за геометрією електродів - вимірювальні і випромінюючі, генератор стабільної напруги, 3 диференціальні підсилювачі, подвійний диференціальний підсилювач, узгоджуючий трансформатор, фазообертач, синхронний детектор і реєструючий прилад, а також допоміжні електронні компоненти. Проте, через те, що в цьому пристрої застосований генератор змінної напруги з високостабільною амплітудою, немає технічної можливості визначати залежність провідності об'єкту при зміні напруженості поля. Електроди кожної пари у вимірювальному елементі пристрою істотно різняться за геометрією, тому їх неможливо використовувати у диференціальному включенні для перетворення різниці сигналів від кожної пари з вирахуванням внеску провідності розчину. Крім того, пристрій є великим комплексом електронних вузлів і компонентів, кожний з яких дає свій внесок в загальну погрішність вимірювання, а також підвищує рівень шуму всього пристрою. Таким чином, пристрій не дозволяє визначати провідність клітини окремо від розчину в широкому діапазоні напруженості поля. Відомий також пристрій для вимірювання питомої електропровідності рідких середовищ [пат. РФ № 2247365, G01N 27/07, G01R 27/22, 2005 г.]. Він містить 4 однакові електроди, перемикач електродів, 2 змінних резистора, джерело струму, реєстратор напруги і 2 реєстратори струму. Електроди пристрою попарно і по черзі з'єднуються за допомогою перемикача послідовно з одним із змінних резисторів, джерелом струму і реєстратором струму, а також паралельно до них приєднаний реєстратор напруги і додатково в ланцюг джерела струму введений ще один реєстратор струму із змінним резистором. У цьому пристрої застосоване стабільне джерело постійного струму, яке теж не дає можливості визначати залежність провідності об'єкту від напруженості поля. Хоча електроди пристрою мають однакову геометрію, тут також немає можливості їх диференціального включення, оскільки вони діють попарно, а не всі разом. Крім того, розташовані вони на відстанях, кратних 2, утворюючи за допомогою перемикача 6 пар з лінійно зростаючою міжелектродною відстанню. Так в пристрої досягається облік поляризації електродів шляхом екстраполяції шести ітераційних вимірювань попарно включеними електродами до асимптотичного значення провідності розчину. При цьому, однак, ніяк не враховується зростаюча геометрична константа ячейки, яка обов'язково повинна брати участь в розрахунках провідності. Таким чином, цей пристрій також не дозволяє виміряти власну провідність клітини окремо від провідності розчину при зміні напруженості поля. Відомий взятий за прототип імпульсний кондуктометр для рідин [пат. кор. мод. України, № 22334, G01R 27/22, 2007 г.]. Пристрій містить послідовно включені генератор прямокутних імпульсів напруги з плавно змінною амплітудою, вимірювальний елемент у вигляді пари співвісних мікроелектродів і резистор з підключеною до нього вимірювальною схемою, що містить імпульсний підсилювач з реєстратором. Цей пристрій також не може забезпечити режиму диференціального вимірювання провідності клітини, оскільки провідність розчину, згідно закону Кольрауша, є адитивна функція провідності всіх іонів, що знаходяться в розчині, а тому її виміряне тільки однією парою мікроелектродів значення є сумою провідностей клітини і всіх іонів розчину, в якому вона знаходиться. До того ж, всі зміни провідності, що відбуваються в розчині і клітині під дією на них змінної імпульсної напруги, також складаються один з одним і дадуть у результаті спотворене значення провідності клітини. Крім того, в пристрої неможливо врахувати неконтрольовані варіації провідності розчину, виникаючі через різну якість води, на якій він готується, реактивів, чистоти посуду і т.п. Можна, звичайно, виміряти однією і тією ж парою мікроелектродів спочатку провідність клітини в розчині, а потім провідність розчину окремо, яку потім відняти з першого значення, але це незручно і є трудомістким. Тому при вимірюванні провідності клітини в розчині краще всього відразу і автоматично відняти з неї провідність розчину. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити імпульсний кондуктометр шляхом введення у нього елементів, що забезпечують вимірювання провідності самої клітини з автоматичним вирахуванням провідності розчину, в якому вона знаходиться. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому імпульсному кондуктометрі для рідин, який містить послідовно включені генератор прямокутних імпульсів напруги з плавно змінюваною амплітудою, вимірювальний елемент у вигляді співвісних мікроелектродів і резистор з підключеною до нього вимірювальною схемою з реєстратором, згідно корисної моделі, послідовно до генератора додатково підключені такі ж вимірювальний елемент і резистор, а у вимірювальну схему введений диференціальний підсилювач, включений між резисторами. Суть корисної моделі пояснюється фігурою, на якій показана блок-схема диференціального імпульсного кондуктометра для клітин тварин. Диференціальний імпульсний кондуктометр містить генератор 1 імпульсів напруги з плавно змінюваною амплітудою, новий вимірювальний елемент у вигляді двох пар однакових співвісних мікроелектродів 2 і 3, два однакових каліброваних резистори 4 і 5, диференціальний підсилювач 6 і реєстратор 7 провідності. Один з двох виводів генератора 1 з'єднаний із загальним дротом пристрою, а другий вивід з'єднаний з одним із мікроелектродів 2, 3 кожної пари. Інший мікроелектрод 2, 3 кожної пари з'єднаний з одним із виводів кожного з каліброваних резисторів 4, 5. Інший вивід резисторів 4, 5 з'єднаний із загальним дротом пристрою. До резисторів 4, 5 в точках їх з'єднання з мікроелектродами 2, 3 паралельно підключений вхід диференціального підсилювача 6, вихід якого з'єднаний з реєстратором 7. Обидві пари мікроелектродів 2 і 3 виконані з хімічно стійкого мікродроту, наприклад, золотого, запаяного в скляний капіляр з пірексу, але з вільним від скла контактним торцем, через який підводиться змінна імпульсна напруга до поверхні клітини 8 в краплі 9 розчину при вимірюванні провідності. Диференціальний імпульсний кондуктометр працює таким чином. Дві пари мікроелектродів 2 і 3 вимірювального елементу розташовують співвісно торцями один проти одного в краплі 9 розчину. У краплю 9, наприклад, між мікроелектродами 3 однієї з пар поміщають досліджувану клітину 8, наприклад, яйцеклітину або ембріон миші. Іншу пару мікроелектродів 2 розташовують вільно в розчині і на такій же відстані один від одного, як і в першій парі. Далі подають відому плавно зростаючу від нуля імпульсну напругу з генератора 1 на послідовно включені з ним мікроелектроди 2, 3 і калібровані резистори 4, 5. Опір резисторів 4, 5 підбирається за таким же принципом, як і в прототипі. Падіння напруги на резисторах 4, 5 подається на диференціальний підсилювач 6. Він має властивість підсилювати тільки різницю сигналів з резисторів 4, 5 і, отже, з кожної пари мікроелектродів 2, 3, значно ослабляючи при цьому всі синфазні перешкоди і шум. Під дією зростаючої імпульсної напруги на клітину 8 поступово відбувається електропорація її мембрани аж до пробою, що різко підвищує провідність між мікроелектродами 3. При цьому провідність розчину залишається практично постійною або може трохи зрости. В результаті диференціального підсилення з сигналу, що відповідає сумарній провідності клітини 8 і розчину, на вході підсилювача 6 відбувається автоматичне віднімання сигналу, що відповідає провідності розчину, як би вона не змінювалась. При цьому повністю зберігаються інші можливості вимірювань, що забезпечує прототип. Реєстратор 7 показує значення провідності клітини 8 безпосередньо в одиницях провідності. Для цього диференціальний кондуктометр заздалегідь калібрується по прецизійних резисторах так само, як і в прототипі. Перевага диференціального імпульсного кондуктометра у порівнянні з прототипом полягає у тому, що він дозволяє визначати залежність провідності від напруженості поля тільки для клітини, автоматично віднімаючи провідність розчину, що містить її, при будь-якому значенні поля. Остання обставина стає особливо актуальною для вимірювань в тих розчинах, які містять невеликі кількості електролітів, провідність яких істотно впливає на результат вимірювання провідності клітини і, отже, може її спотворити. Крім того, диференціальний кондуктометр дозволяє виключити вплив на провідність клітини слідів різних провідних і неконтрольованих домішок в розчинах, що пов'язано з якістю води, чистотою посуду і реактивів, вживаних в дослідженнях. Таким чином, заявлений диференціальний імпульсний кондуктометр дає можливість вимірювати власну провідність клітин тварин без впливу провідності розчину, що містить їх, в широкому діапазоні напруженості поля.