Электролитическая электроника как основа для построения биосенсорных систем Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

МИС-2000

Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии

Секция аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА КАК ОСНОВА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ БИОСЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

Т.Б. Гальперин, Е.П. Попечителев

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет,

г. С.-Петербург

Электролитическая среда с диффузионными барьерами (ЭСДБ), являющаяся основой для широкого класса приборов электролитической электроники, обладает специфическими свойствами, перспективными для использования в биосенсорных системах. ЭСДБ по своим информационным, адаптационным и энергетическим характеристикам близки к биологическим электролитическим средам и в то же время существенно отличаются от полупроводниковых структур, используемых полупроводниковой электроникой. Отметим ряд физико-химических особенностей ЭСДБ, при этом будем ориентироваться на окислительно-восстановительные системы, обладающие, на наш взгляд, наибольшей многофункциональностью:

- непрерывный энергетический спектр носителей заряда;

- отсутствие объемной рекомбинации и возможность эффективного экранирования "поверхностной рекомбинации" - утечки ионов из объема электролита;

- взаимодействие носителей заряда первого и второго рода, способность к накоплению носителей второго рода в локальном объеме;

- наиболее полное выполнение закона физической симметрии применительно к носителям заряда (окислителю и восстановителю);

- низко потенциальные уровни взаимодействия носителей заряда, определяемая количеством электронов участвующих в реакции на один ион;

- малые размеры межфазных границ - до 10-7- 10-8 см;

- высокая токовая активность границы электрод - раствор.

Электролитическая электроника, использующая перечисленные

особенности, позволяет выполнить приборы со свойствами:

- интегрирования тока во времени,

- адаптации (перестройки) электрических и оптических характеристик в процессе работы, запоминание предыстории работы,

- управляемого и обратимого изменения типа проводимости прибора (п- и р-типа по аналогии с полупроводниками) - биполярный эффект, основанный на изменении вида потенциалопределяющих ионов,

- высокая чувствительность по току и напряжению; возможность обратимого управления чувствительностью, позволяющей распространять возбуждение в пространстве,

- энергетической экономичностью, способностью работать на микротоках,

- линейной зависимостью параметров от температуры, позволяющей использовать эффективные способы термокомпенсации,

- технологической универсальностью и простотой, возможностью создавать структуры "разного типа проводимости" за одну технологическую операцию.

Упомянутые свойства ЭСДБ и проборов электролитической электроники позволяют говорить о возможности построения на их основе биосенсорных систем, содержащих как новые датчики, так и новые устройства сравнения и регистрации,

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

причем выполненные в одном устройстве и по одной технологии. Основой для построения датчиков могут служить, например, следующие функциональные зависимости:

- предельных токов от концентрации реагирующих ионов и геометрических размеров (расстояний между электродами);

- динамических сопротивлений от концентрации индифферентных ионов (например, ионов калия);

- коэффициентов выпрямления от геометрических размеров или соотношения концентрации реагирующих ионов;

- коэффициентов выпрямления от " прозрачности " диффузионного барьера (пористой перегородки);

- порога выпрямления от соотношения концентрации реагирующих ионов;

- порога свечения (прозрачности) от соотношения концентраций реагирующих ионов;

- биполярного усилительного эффекта от соотношения концентраций, геометрических размеров, "прозрачности" диффузионного барьеров;

- выходного тока биполярного усилителя при нуле входного напряжения от соотношения концентраций реагирующих и индифферентных ионов, "прозрачности" диффузионного барьера.

Регистрирующими устройствами могут служить - электролитические выпрямительные диоды, усилительные триоды и многополюсные, интегрирующие диоды и тетроды. В качестве сравнивающих электродов - специализированные отсеки и исходными и постоянными параметрами. Источники электропитания возможно выполнить на интегрирующих "заряженных" элементах.

В качестве примера многофункциональной электролитической структуры использованной для построения биосенсорной системы предложена многоэлектродная электролитическая структура, реализующая функции:

- биосенсорного датчика;

- дифференциального усилителя с высоким усилением (более 200) и рабочей точкой при нуле входного напряжения;

- схемы управления характеристикой преобразования усилителя во времени,

- сравнивающего электрода;

- аварийного (буферного) источника электропитания.

Возможности электролитической электроники еще полностью не изучены, но первые результаты показывают перспективность их применения.

УДК 615.471.03.616.08

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОЦЕНКИ РАЗВИТИЯ И РЕАБИЛИТАЦИИ ВЫСШИХ ПСИХИЧЕСКИХ И ДВИГАТЕЛЬНЫХ

ФУНКЦИЙ

Е.В. Матвеев, А.А. Васильев, Д.В. Алешкин, И.В. Гальетов, Н.В. Елина

ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» - НИИ медицинского приборостроения РАМН Россия, 125422, Москва, Тимирязевская, 1, ВНИИМП, Тел.: (095) 2110966, Факс: (095) 2002213, E-mail: [email protected]

Актуальность работы определяется медико-социальной значимостью проблемы (особенно у детей и подростков) и эффективностью применения компьютерных количественных методов и технологий наряду с традиционными клиническими методами.