[go: up one dir, main page]

RU2488104C1 - Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method - Google Patents

Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2488104C1
RU2488104C1 RU2012102962/28A RU2012102962A RU2488104C1 RU 2488104 C1 RU2488104 C1 RU 2488104C1 RU 2012102962/28 A RU2012102962/28 A RU 2012102962/28A RU 2012102962 A RU2012102962 A RU 2012102962A RU 2488104 C1 RU2488104 C1 RU 2488104C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
current
biological
biological object
electrodes
Prior art date
Application number
RU2012102962/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Мамаев
Вера Александровна Мамаева
Александр Константинович Чубенко
Юлия Николаевна Долгова
Original Assignee
Анатолий Иванович Мамаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Иванович Мамаев filed Critical Анатолий Иванович Мамаев
Priority to RU2012102962/28A priority Critical patent/RU2488104C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488104C1 publication Critical patent/RU2488104C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: in the method of determining electrical characteristics and/or identifying biological objects, the biological object is subjected to electric current for a certain period of time; current and voltage values are measured; the array of obtained data is stored and the obtained array is mathematically processed, wherein current and voltage are measured at the same time the biological object is subjected to electric current, wherein the object is subjected to at least one voltage pulse with a regular rate of rising and/or falling of the voltage of at least 104 V/s, preferably 107-109 V/s. An apparatus for realising said method is also disclosed.
EFFECT: invention provides a rapid and highly informative method and apparatus for analysing properties of biological objects.
15 cl, 15 dwg, 4 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к методам анализа физических и химических свойств биологических тканей и материалов биологического происхождения путем регистрации электрохимических параметров и математической обработки полученных данных, и может быть использовано в пищевой промышленности для аналитического контроля (диагностики) и оценки показателей качества и безопасности продуктов питания и сырья для их изготовления, а также в медицине для диагностики различных заболеваний и оценки степени патологических изменений в тканях и органах.The invention relates to methods for analyzing the physical and chemical properties of biological tissues and materials of biological origin by registering electrochemical parameters and mathematical processing of the obtained data, and can be used in the food industry for analytical control (diagnostics) and evaluating the quality and safety of food products and raw materials for them manufacturing, as well as in medicine to diagnose various diseases and assess the degree of pathological changes in tissues and organs.

Известны способы измерения отдельных составляющих полного сопротивления, а именно активного и реактивного сопротивлений. Большинство из них основано на применении переменного тока высокой частоты с действующим напряжением до 12 В, например способ [SU №1759402 А1], где в состав измерительного устройства входят компенсационные элементы с переменными значениями сопротивления и емкости для компенсации активной и реактивной составляющих импеданса испытательного объекта. Такие методы не обеспечивают достаточной точности измерений вследствие того, что при использовании переменного тока полностью скомпенсировать активную и реактивную составляющие импеданса системы биологическая ткань - токовые электроды не представляется возможным. Кроме того, предлагаемые схемы, как правило, содержат индуктивные элементы, которые обуславливают существенные дополнительные погрешности и не позволяют измерить собственное активное сопротивление ткани.Known methods for measuring the individual components of the impedance, namely the active and reactive resistances. Most of them are based on the use of high-frequency alternating current with an operating voltage of up to 12 V, for example, the method [SU No. 1759402 A1], where the measuring device includes compensation elements with variable resistance and capacitance to compensate the active and reactive components of the impedance of the test object. Such methods do not provide sufficient measurement accuracy due to the fact that it is not possible to fully compensate for the active and reactive components of the impedance of the biological tissue – current electrode system. In addition, the proposed schemes, as a rule, contain inductive elements that cause significant additional errors and do not allow measuring the tissue’s own active resistance.

Известен способ определения качества продуктов питания, описанный в патенте Великобритании [GB №2288022 А]. Сущность его заключается в том, что к испытательному объекту, мясу животного, прикладывают электрические импульсы, имеющие 3 или более гармонические частотные компоненты Фурье, осуществляют измерение тока или напряжения во временной и/или частотной области. И проводят сравнение характерных признаков между найденным и известным откликом, из которого делают вывод о качестве продукта питания.A known method for determining the quality of food products described in the patent of Great Britain [GB No. 2288022 A]. Its essence lies in the fact that electrical impulses having 3 or more harmonic Fourier frequency components are applied to the test object, the animal’s meat, and current or voltage are measured in the time and / or frequency domain. And they compare the characteristic features between the found and known response, from which they conclude about the quality of the food product.

Недостатком способа по патенту [GB №2288022 А], выбранного в качестве прототипа, является то, что пропускание высокочастотного тока через испытательный объект осуществляется до момента проведения измерения. Следовательно, клетки находятся не в реальном, а в измененном состоянии, поскольку биологические системы обладают способностью накапливать электрические заряды.The disadvantage of the method according to the patent [GB No. 2288022 A], selected as a prototype, is that the transmission of high-frequency current through the test object is carried out until the measurement. Therefore, the cells are not in real, but in an altered state, since biological systems have the ability to accumulate electric charges.

В результатах измерений, полученных по методу изложенному в [GB №2288022 А], неизбежно будут присутствовать ошибки измерения электрических параметров связанные с температурой образца, так как импеданс биологических тканей является функцией температуры. Кроме того, использование импульсов напряжения с низкой амплитудой приводит к отображению достаточно ограниченного объема информации, а необходимость использования электровоздействия в нескольких частотных областях усложняет проведение измерений и увеличивает их длительность.In the measurement results obtained by the method described in [GB No. 2288022 A], inevitably there will be errors in the measurement of electrical parameters associated with the temperature of the sample, since the impedance of biological tissues is a function of temperature. In addition, the use of voltage pulses with low amplitude leads to the display of a rather limited amount of information, and the need to use electrical effects in several frequency areas complicates the measurement and increases their duration.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового метода определения электрических характеристик биологических тканей и материалов биологического происхождения пригодного для идентификации и качественного анализа свойств биообъектов.The objective of the present invention is to develop a new method for determining the electrical characteristics of biological tissues and materials of biological origin suitable for identification and qualitative analysis of the properties of biological objects.

Технический результат - экспрессный и высокоинформативный метод и устройство для анализа свойств биообъектов.The technical result is an express and highly informative method and device for analyzing the properties of biological objects.

Задача изобретения решается тем, что как и в известном способе - прототипе, на биологический объект воздействуют электрическим током в течение определенного времени, измеряют значение токов и напряжения, осуществляют сохранение массива полученных данных и математическую обработку полученного массива.The objective of the invention is solved in that, as in the known method - the prototype, a biological object is exposed to electric current for a certain time, the value of currents and voltages is measured, the array of received data is stored, and the resulting array is mathematically processed.

Новым в предлагаемом способе является то, что измерение значений токов и напряжения осуществляют одновременно с электровоздействием на биологический объект, при этом электровоздействие осуществляют, по меньшей мере, одним импульсом напряжения с регулируемым значением скорости нарастания и/или спада напряжения, составляющим не менее 104 В/с.New in the proposed method is that the measurement of currents and voltages is carried out simultaneously with electrical action on a biological object, while electrical action is carried out by at least one voltage pulse with an adjustable value of the rate of rise and / or fall of the voltage of at least 10 4 V /from.

Предпочтительно, что скорость нарастания и скорость спада напряжения составляет 107-109 В/с.Preferably, the slew rate and the sink rate are 10 7 -10 9 V / s.

При этом воздействие электрическим током осуществляют либо одним импульсом, либо группой единичных импульсов.In this case, the electric current is carried out either by a single pulse or by a group of single pulses.

В случае использования группы импульсов их пропускание осуществляют с частотой лежащей в диапазоне значений 0,5-10 Гц.In the case of using a group of pulses, their transmission is carried out with a frequency lying in the range of 0.5-10 Hz.

Предпочтительно, чтобы при воздействии группой импульсов частота их пропускания составляла 0,8-2,0 ГцPreferably, when exposed to a group of pulses, their transmission frequency is 0.8-2.0 Hz

Время паузы между импульсами в группе должно быть достаточным для релаксации биологической ткани т.е. для возвращения ее в состояние, которое существовало до электровоздействия, поэтому в случае использования группы импульсов их пропускание осуществляют с частотой не более 10 Гц. Такая организация электровоздействия позволяет также избежать катастрофичного разогрева биологической ткани. Минимальное значение частоты составляет 0,5 Гц. Пропускание импульсов с меньшей частотой приведет к увеличению длительности измерений и усложнит регистрацию электрического сигнала аналого-цифровым преобразователем.The pause time between pulses in the group should be sufficient for the relaxation of biological tissue i.e. in order to return it to the state that existed before the electric action, therefore, in the case of using a group of pulses, they are transmitted at a frequency of not more than 10 Hz. Such an organization of electrical exposure also avoids the catastrophic heating of biological tissue. The minimum frequency value is 0.5 Hz. The transmission of pulses with a lower frequency will lead to an increase in the duration of the measurements and complicate the registration of the electrical signal by an analog-to-digital converter.

Используют импульсы напряжения со следующими параметрами:Use voltage pulses with the following parameters:

- форма импульса: трапециевидная, треугольная, предпочтительно симметричная треугольная;- pulse shape: trapezoidal, triangular, preferably symmetrical triangular;

Предпочтительно, чтобы длительность трапециевидного импульса (основание трапеции) составляла 5-300 мкс.Preferably, the duration of the trapezoidal pulse (the base of the trapezoid) is 5-300 μs.

Предпочтительно, чтобы длительность треугольного импульса (основание треугольника) составляла 5-300 мкс.Preferably, the duration of the triangular pulse (the base of the triangle) is 5-300 μs.

Амплитудное значение напряжения для трапециевидного и треугольного импульсов -до 1000 В.The amplitude value of the voltage for trapezoidal and triangular pulses is up to 1000 V.

Предпочтительно, чтобы амплитудное значение напряжения для трапециевидного и треугольного импульсов составляло 90-300 В.Preferably, the amplitude value of the voltage for trapezoidal and triangular pulses is 90-300 V.

Конкретные параметры импульсного электровоздействия выбираются в зависимости от свойств или типа конкретного испытательного объекта.The specific parameters of the pulsed electrical action are selected depending on the properties or type of the particular test object.

Минимальное значение длительности импульса 1 мкс обусловлено тем, что данное значение соответствует минимально требуемому времени, для того чтобы процесс протекания тока через биологическую ткань перешел в установившийся режим.The minimum value of the pulse duration of 1 μs is due to the fact that this value corresponds to the minimum required time for the process of current flow through the biological tissue to become steady state.

Увеличение длительности импульсов выше максимального заявленного значения -800 мкс, приводит к значительной деструкции ткани, а также к ее локальному перегреву и газовыделению, что, снижает информативность измерений.Increasing the pulse duration above the maximum declared value of -800 μs leads to significant destruction of the tissue, as well as to its local overheating and gas evolution, which reduces the information content of the measurements.

Предпочтительно чтобы система измерения электрических параметров содержала, по меньшей мере, один инвазивный электрод сравнения, помещаемый в биообъект, в пространство между токоведущими электродами.It is preferable that the system for measuring electrical parameters contains at least one invasive reference electrode placed in a bioobject in the space between the current-carrying electrodes.

Применение инвазивного электрода сравнения позволяет проводить прямые измерения поляризационного напряжения Uп на границе раздела инвазивный электрод (анод/катод) - биологический материал.The use of an invasive reference electrode allows direct measurements of the polarization voltage U p at the interface between the invasive electrode (anode / cathode) - biological material.

Предпочтительно, чтобы измерение тока, протекающего через испытательный объект, осуществлялось преобразователем ток - напряжение, который представляет собой датчик Холла либо резистивный шунт.It is preferable that the current flowing through the test object be measured by a current-voltage converter, which is a Hall sensor or a resistive shunt.

За счет применения импульсов напряжения с заявляемыми значениями амплитуды и скорости нарастания становится возможным определить величину активной составляющей импеданса и, что более важно, емкостную часть сопротивления.Through the use of voltage pulses with the declared values of the amplitude and slew rate, it becomes possible to determine the magnitude of the active component of the impedance and, more importantly, the capacitive part of the resistance.

Важно отметить, что указанные параметры воздействия реализуются для нагрузки, сопротивление которой имеет исключительно активную составляющую. Для таких сложных объектов, которыми являются биологические ткани и материалы биологического происхождения, полное сопротивление имеет как активную, так и реактивную составляющие, поэтому характер нарастания и спада напряжения на испытательном объекте может не соответствовать параметрам выходного напряжения устройства осуществляющего электровоздействие. Таким образом, установлено что характер нарастания и спада как тока, так и напряжения в реальном испытательном объекте является отображением его свойств.It is important to note that these exposure parameters are implemented for a load whose resistance has an exclusively active component. For such complex objects, which are biological tissues and materials of biological origin, the impedance has both active and reactive components, therefore, the nature of the increase and decrease in voltage at the test object may not correspond to the output voltage parameters of the device performing electrical exposure. Thus, it was established that the nature of the rise and fall of both current and voltage in a real test object is a reflection of its properties.

Дополнительно перед электровоздействием осуществляют пробоподготовку, которая заключается, например, в выдерживании образца и инвазивных электродов в воздушном термостате при температуре 20°С, до достижения ими указанной температуры.Additionally, before electric exposure, sample preparation is carried out, which consists, for example, of keeping the sample and invasive electrodes in an air thermostat at a temperature of 20 ° C until they reach the indicated temperature.

Предпочтительно, чтобы соотношение катодной и анодной плотности тока при электровоздействии находилось в интервале от 1:1 до 10:1.Preferably, the ratio of the cathodic and anodic current density during electrical exposure is in the range from 1: 1 to 10: 1.

Кроме того, для идентификации биологических объектов и их состояния математическую обработку осуществляют путем сравнения полученного массива данных с массивами, полученными для известного состояния биологического объекта, и на основе проведенного сравнения делают вывод о виде или состоянии биологического объекта.In addition, to identify biological objects and their state, mathematical processing is carried out by comparing the resulting data array with the arrays obtained for the known state of the biological object, and based on the comparison, a conclusion is drawn about the type or condition of the biological object.

Если в качестве испытательного объекта выступают продукты питания или сырье для их изготовления, то для определения показателей качества на испытательный объект воздействуют электрическим током, проводят измерение значений тока и падения напряжения, сохранение массива полученных данных и сравнение полученных данных с массивами, полученными для испытательных объектов с известными показателями качества, на основе проведенного сравнения делают вывод о качестве продукта питания.If the test object is food or raw materials for their manufacture, then to determine the quality indicators, the test object is exposed to electric current, the current values and voltage drops are measured, the array of received data is stored and the data obtained is compared with the arrays obtained for the test objects with well-known quality indicators, on the basis of the comparison, make a conclusion about the quality of the food product.

Поставленная задача достигается также тем, что заявляемое устройство для определения электрических характеристик биологических объектов содержит генератор испытательных сигналов, выполненный с возможностью управления скоростью нарастания и/или спада выходного напряжения, электроды для подачи напряжения на биологический объект и измерения электрических характеристик объекта, измерительный модуль (система), компьютер для управления генератором испытательных сигналов, сохранения и обработки массивов данных электрических характеристик.The task is also achieved by the fact that the inventive device for determining the electrical characteristics of biological objects contains a test signal generator configured to control the rate of rise and / or fall of the output voltage, electrodes for supplying voltage to the biological object and measuring the electrical characteristics of the object, a measuring module (system ), a computer for controlling the generator of test signals, storing and processing data arrays of electrical characteristics stick

Измерительный модуль выполнен с возможностью согласованного во времени измерения тока и напряжения.The measuring module is configured to coordinate current and voltage in time.

Измерительная система может быть выполнена двухканальной, в которой первый канал содержит делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения напряжения, второй канал содержит преобразователь ток-напряжение также соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения тока.The measuring system can be made two-channel, in which the first channel contains a voltage divider connected to an analog-to-digital converter for measuring voltage, the second channel contains a current-voltage converter also connected to an analog-to-digital converter for measuring current.

Измерительная система может быть также выполнена трехканальной, в которой первый канал содержит первый делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения напряжения, второй канал содержит второй делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения поляризационного напряжения и третий канал содержит преобразователь ток-напряжение, также соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения тока.The measuring system may also be three-channel, in which the first channel contains a first voltage divider connected to an analog-to-digital converter for measuring voltage, the second channel contains a second voltage divider connected to an analog-to-digital converter for measuring polarization voltage, and the third channel contains a current converter - voltage, also connected to an analog-to-digital converter for measuring current.

Кроме того, генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: устройства задания формы испытательного сигнала, управляемое с компьютера, усилителя мощности, который усиливает исходный испытательный сигнал до заданного значения напряжения, таким образом, формируя его масштабную копию и обеспечивая протекание требуемого тока и источника питания.In addition, the test signal generator consists of the following main elements: a device for specifying the test signal shape, controlled from a computer, a power amplifier that amplifies the initial test signal to a predetermined voltage value, thereby forming a large-scale copy of it and ensuring the flow of the required current and power source .

Кроме того, генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: блока накопления электрической энергии, силового ключа, управляемого устройством управления, выполняющим функцию открывания и запирания ключом, что позволяет управлять скоростью нарастания и спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов и его формой.In addition, the test signal generator consists of the following main elements: an electric energy storage unit, a power key controlled by a control device that performs the function of opening and locking the key, which allows you to control the rate of rise and fall of the output voltage of the test signal generator and its shape.

При этом накопление электрической энергии в блоке может осуществляться посредством емкостных, индуктивных элементов, трансформатора.In this case, the accumulation of electrical energy in the block can be carried out by means of capacitive, inductive elements, a transformer.

Кроме того, генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: блока накопления электрической энергии, силового ключа, управляемого при помощи компьютера, при этом для управления скоростью нарастания/спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов использована переменная индуктивность.In addition, the test signal generator consists of the following main elements: an electric energy storage unit, a power key controlled by a computer, and variable inductance is used to control the rise / fall rate of the output voltage of the test signal generator.

Описанные варианты исполнения генератора испытательных сигналов позволяют получать импульсы напряжения, например, трапециевидной или треугольной формы с требуемой скоростью нарастания/спада выходного напряжения.The described embodiments of the generator of test signals allow to obtain voltage pulses, for example, trapezoidal or triangular in shape with the desired rate of rise / fall of the output voltage.

Предпочтительно устройство содержит дополнительный электрод - электрод сравнения (10) для измерения поляризационного напряжения.Preferably, the device comprises an additional electrode, a reference electrode (10) for measuring polarization voltage.

При этом электроды (9, 9') для подачи напряжения на биологический объект и электрод сравнения (10) конструктивно объединены в единый блок - датчик.In this case, the electrodes (9, 9 ') for supplying voltage to the biological object and the reference electrode (10) are structurally combined into a single unit - the sensor.

Желательно, чтобы электроды для подачи напряжения были выполнены в форме игл для погружения электродов в исследуемый биологический объект.It is desirable that the electrodes for applying voltage were made in the form of needles for immersing the electrodes in the biological object under study.

Увеличение катодной плотности тока по отношению к анодной позволяет обеспечить больший срок службы инвазивных электродов, а также проводить прямые измерения поляризационного напряжения Uп на границе раздела инвазивный катод - биологический материал.An increase in the cathode current density with respect to the anode one allows for a longer service life of the invasive electrodes, as well as direct measurements of the polarization voltage U p at the invasive cathode – biological material interface.

Увеличение катодной плотности тока достигается за счет использования в качестве инвазивных электродов игл с одинаковыми размерами, при множестве игл, выполняющих функцию катода. Катодные иглы соединяются параллельно, т.е. имеют между собой электрический контакт. Кроме того, при такой организации процесса электровоздействия становится возможным оказаться от использования электрода сравнения, который, как правило, имеет высокую стоимость.An increase in the cathode current density is achieved through the use of needles with the same dimensions as invasive electrodes, with many needles performing the function of a cathode. Cathode needles are connected in parallel, i.e. have electrical contact with each other. In addition, with such an organization of the process of electrical exposure, it becomes possible to use a reference electrode, which, as a rule, has a high cost.

Биологические ткани можно охарактеризовать как проводники второго рода, обладающие ионной электропроводностью. Наличие клеточных мембран, ограничивающих цитоплазму и внутриклеточные структуры, обуславливает достаточно высокую электроемкость ткани и ее способность к поляризации, так как мембраны обладают высокими диэлектрическими свойствами при малой толщине - около 10 нм. Высокая поляризационная емкость является характерным свойством живых неповрежденных биологических тканей [Биофизика: Учебное пособие. Б.Н.Тарусов, В.Ф.Антонов, Б.В.Бурлакова и др. М.: «Высшая школа», 1968. 468 с. С.189, Елисеев, Д.С. Автоматический контроль состояния растительной ткани сорняков при электрообработке. Текст.: / Д.С.Елисеев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. - №3. - с.21-22.].Biological tissues can be characterized as second-type conductors with ionic conductivity. The presence of cell membranes, limiting the cytoplasm and intracellular structures, determines a fairly high electrical intensity of the tissue and its ability to polarize, since the membranes have high dielectric properties at a small thickness of about 10 nm. High polarization capacity is a characteristic property of living intact biological tissues [Biophysics: Textbook. B.N. Tarusov, V.F. Antonov, B.V. Burlakova and others. M .: "Higher school", 1968. 468 p. P.189, Eliseev, D.S. Automatic control of the state of plant tissue of weeds during electrical processing. Text .: / D.S. Eliseev // Mechanization and electrification of agriculture. 2004. - No. 3. - p.21-22.].

При повреждении биологических тканей, вследствие гибели клеток, последующей деградации мышечных белков протеолитическими энзимами, а также за счет выравнивания концентраций ионов натрия и калия по обе стороны мембраны, ткань постепенно утрачивает способность к поляризации. Поэтому емкостная составляющая, например, импеданса мяса непосредственно после забоя имеет максимальное значение, а с увеличением срока хранения - уменьшается, одновременно с этим уменьшается и активная составляющая. [Биофизика: Учебное пособие. Б.Н.Тарусов, В.Ф.Антонов, Б.В.Бурлакова и др. М.: «Высшая школа», 1968. 468 с. С.192]. Данное свойство позволяет использовать электрические характеристики биологических объектов для определения их показателей качества.In case of damage to biological tissues, due to cell death, subsequent degradation of muscle proteins by proteolytic enzymes, as well as due to the alignment of the concentrations of sodium and potassium ions on both sides of the membrane, the tissue gradually loses its ability to polarize. Therefore, the capacitive component, for example, the impedance of meat immediately after slaughtering, has a maximum value, and with an increase in the shelf life it decreases, and at the same time the active component decreases. [Biophysics: Textbook. B.N. Tarusov, V.F. Antonov, B.V. Burlakova and others. M .: "Higher school", 1968. 468 p. P.192]. This property allows you to use the electrical characteristics of biological objects to determine their quality indicators.

Осуществление электровоздействия при заявляемых значениях напряжения (до 1000 В), в отличии от известных способов, позволяет выявить начавшееся разрушение мембран за счет их принудительной деполяризации. Поэтому такой способ является по сравнению с известными более информативным (чувствительным).The implementation of electric exposure at the claimed voltage values (up to 1000 V), in contrast to the known methods, allows to identify the begun destruction of the membranes due to their forced depolarization. Therefore, this method is compared with the known more informative (sensitive).

Пробой липидной компоненты мембран при заявляемых параметрах импульсного напряжения приводит к резкому, но кратковременному увеличению проницаемости клеток и увеличению ионных потоков, вызывая их обратимую деполяризацию. Кроме того, применение такого электровоздействия позволяет избежать появления так называемого «скрадывающего» эффекта, обусловленного влиянием тканевых жидкостей, который присутствует в известных способах и препятствует установлению абсолютной величины емкостного сопротивления. Именно емкостная часть тока и динамика ее изменения объективно отражает морфо-функциональное состояние биологической ткани, а также позволяет оценить степень разрушения клеточных мембран.A breakdown of the lipid component of the membranes with the claimed parameters of the pulse voltage leads to a sharp, but short-term increase in the permeability of cells and an increase in ion fluxes, causing their reversible depolarization. In addition, the use of such an electric effect avoids the appearance of the so-called "concealing" effect due to the influence of tissue fluids, which is present in known methods and prevents the establishment of the absolute value of capacitive resistance. It is the capacitive part of the current and the dynamics of its change that objectively reflects the morphological and functional state of biological tissue, and also allows us to assess the degree of destruction of cell membranes.

Поскольку клеточные мембраны биологических тканей способны накапливать заряды, то при прохождении электрического тока могут наблюдаться процессы заряда и перезаряда, которые, в зависимости от природы биологического материала, отражаются на величине тока. Скорости заряда и перезаряда при изменении поляризации будут различаться в зависимости от видовой принадлежности биообъектов и природы ткани, поскольку видовое строение клеток биологической ткани у различных видов различно. Различия связаны с размером клеток, строением клеточных мембран, составом внутри и межклеточных сред и, следовательно, проводимостью. Это приводит к различиям в локализации зарядов в мембранах и различному соотношению между величинами накапливаемых зарядов.Since the cell membranes of biological tissues are capable of accumulating charges, charge and recharging processes can be observed with the passage of electric current, which, depending on the nature of the biological material, are reflected in the magnitude of the current. The charge and recharge rates with a change in polarization will vary depending on the species of biological objects and the nature of the tissue, since the species structure of biological tissue cells in different species is different. The differences are related to the size of the cells, the structure of the cell membranes, the composition inside and intercellular media and, therefore, conductivity. This leads to differences in the localization of charges in the membranes and a different ratio between the values of the accumulated charges.

Регистрируемые в заявляемом способе электрические параметры испытуемых объектов оцифровываются с определенной дискретностью и представляются в виде большого массива данных, из которого, например, могут быть выделены значения тока, его активная, емкостная и псевдоемкостная составляющие. Формируемый массив данных, соответствующий конкретному биологическому материалу является уникальным и соответствует его состоянию.The electrical parameters of the test objects recorded in the claimed method are digitized with a certain discreteness and presented in the form of a large data array, from which, for example, current values, its active, capacitive, and pseudo-capacitive components can be extracted. The generated data array corresponding to a specific biological material is unique and corresponds to its state.

Совпадение массива полученного на испытуемом объекте с массивом эталона позволяет идентифицировать биологический объект. Особенностью является то, что за один непрерывный цикл измерения получается массив данных, состоящий из точек, соответствующих различным условиям электровоздействия (различным потенциалам).The coincidence of the array obtained at the test object with the array of the standard allows you to identify the biological object. The peculiarity is that for one continuous measurement cycle, an array of data is obtained, consisting of points corresponding to different conditions of electric exposure (different potentials).

Поскольку размер массива задается дискретностью, то и точность определения может регулироваться. Таким образом, биологический материал идентифицируется по огромному количеству точек полученных в разных условиях, но в процессе одного короткого измерения. Большое количество точек позволяет увеличить точность идентификации материала.Since the size of the array is set by discreteness, the accuracy of determination can also be adjusted. Thus, biological material is identified by a huge number of points obtained under different conditions, but in the process of one short measurement. A large number of points allows to increase the accuracy of material identification.

При хранении биологического материала происходят его биологические изменения. Это находит отражение в изменении строения клеточных мембран, изменении состава внутри и межклеточных сред. Меняется способность к накоплению зарядов и проводимость биообъектов. Подобные изменения будут приводить к изменению активной и емкостной составляющих тока и в целом отражаться на массиве регистрируемых данных, что позволяет осуществлять идентификацию и определение показателей качества биообъектов и биологических материалов.When storing biological material, its biological changes occur. This is reflected in a change in the structure of cell membranes, a change in the composition inside and intercellular media. The ability to accumulate charges and the conductivity of biological objects is changing. Such changes will lead to a change in the active and capacitive components of the current and will generally be reflected in the array of recorded data, which allows identification and determination of quality indicators of biological objects and biological materials.

Ниже приведено обоснование применимости импульсов напряжения треугольной формы с целью отображения свойств, характеризующих биообъекты.Below is the rationale for the applicability of triangular voltage pulses in order to display the properties that characterize biological objects.

Применение для поляризации исследуемых объектов импульсов задающего напряжения треугольной формы позволяет проводить прямые измерения величин плотности тока при заданной скорости изменения потенциала.The use of triangular-shaped impulses for the polarization of the objects under study allows direct measurements of the current density at a given rate of change of potential.

Поскольку величина емкостного тока определяется соотношением:Since the value of capacitive current is determined by the ratio:

i с = С d U d t

Figure 00000001
, i from = FROM d U d t
Figure 00000001
,

где iс - плотность емкостного тока, А/м2;where i with the density of the capacitive current, A / m 2 ;

С - емкость, Ф;C is the capacity, f;

U - напряжение, В;U is the voltage, V;

t - время, с;t is the time, s;

то общую плотность тока можно определить как:then the total current density can be defined as:

i = i a + i c = i a + С d U d t

Figure 00000002
, i = i a + i c = i a + FROM d U d t
Figure 00000002
,

где ia - плотность активного тока, А/м2.where i a is the density of the active current, A / m 2 .

При использовании импульсов задающего напряжения, имеющего форму равнобедренного треугольника, на восходящей части напряжения плотность тока определяется величиной:When using impulses of the driving voltage, having the shape of an isosceles triangle, on the ascending part of the voltage, the current density is determined by the value:

i f = i a + i c = i a + С d U d t

Figure 00000003
, i f = i a + i c = i a + FROM d U d t
Figure 00000003
,

На нисходящей части напряжения плотность тока определяется величиной:On the descending part of the voltage, the current density is determined by the value:

i b = i a + i c = i a + С d U d t

Figure 00000004
. i b = i a + i c = i a + FROM d U d t
Figure 00000004
.

Сумма токов на восходящей и нисходящей части позволяет определить величину активного тока:The sum of the currents in the ascending and descending parts allows you to determine the value of the active current:

i f + i b = 2 i a

Figure 00000005
. i f + i b = 2 i a
Figure 00000005
.

Разница величин токов на восходящей и нисходящей части позволяет определить величину емкостного тока:The difference in the values of the currents in the ascending and descending parts allows us to determine the value of the capacitive current:

i f i b = 2 i c + 2 С d U d t

Figure 00000006
. i f - i b = 2 i c + 2 FROM d U d t
Figure 00000006
.

Поскольку величины плотностей токов в зависимости от напряжения являются непосредственно измеренными величинами, а величина скорости изменения напряжения задается (наклон является характеристикой формы задающего напряжения) появляется возможность измерения зависимости емкости от напряжения.Since the values of current densities depending on voltage are directly measured values, and the magnitude of the rate of change of voltage is set (the slope is a characteristic of the shape of the driving voltage), it becomes possible to measure the dependence of capacitance on voltage.

Варьирование скорости нарастания и спада напряжения в заявляемом диапазоне значений позволяет осуществлять выбор наиболее оптимального режима для регистрации массива данных электрических параметров, характеризующих электрохимическую систему, содержащую испытательный биообъект, что обеспечивает требуемую точность и информативность метода.Varying the rate of rise and fall of voltage in the claimed range of values allows you to select the most optimal mode for recording an array of data of electrical parameters characterizing an electrochemical system containing a test bio-object, which ensures the required accuracy and information content of the method.

Воздействие на биообъекты импульсами со скоростью нарастания напряжения начиная от 104 В/с позволяет прикладывать возрастающую разность потенциалов на биологический материал, где уже запущен процесс поляризации клеточных мембран. Таким образом, становится возможным установить требуемое для их принудительной деполяризации значение напряжения и соответствующий ток деполяризации.Impact on biological objects with pulses with a voltage rise rate starting from 10 4 V / s allows you to apply an increasing potential difference to biological material, where the process of polarization of cell membranes has already been launched. Thus, it becomes possible to establish the voltage value required for their forced depolarization and the corresponding depolarization current.

Использование импульсов с более высокими значениями скорости нарастания напряжения позволяет получить данные, характеризующие процесс поляризации клеточных мембран на начальном этапе электровоздействия, что находит свое отображение в характере колебаний тока, соответствующего восходящей части напряжения. Верхнее значение скорости нарастания напряжения ограничено параметрами существующих электронных ключей и составляет порядка 1011 В/с.The use of pulses with higher values of the rate of increase in voltage allows one to obtain data characterizing the process of polarization of cell membranes at the initial stage of electric exposure, which is reflected in the nature of the current fluctuations corresponding to the ascending part of the voltage. The upper value of the voltage rise rate is limited by the parameters of existing electronic switches and is of the order of 10 11 V / s.

Применение импульсов с различными значениями скорости нарастания и спада напряжения позволяет выделить сразу несколько различных видов характеристических параметров испытательных биообъектов, что будет показано в примере 2.The use of pulses with different values of the rate of rise and fall of the voltage allows you to select several different types of characteristic parameters of the test biological objects, which will be shown in example 2.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства для осуществления заявляемого способа.Figure 1 shows a block diagram of the proposed device for implementing the inventive method.

На фиг.2 (а) приведена схема измерительной системы устройства для варианта с использованием электрода сравнения.Figure 2 (a) shows a diagram of the measuring system of the device for a variant using a reference electrode.

На фиг.2 (б) приведена схема измерительной системы без использования электродов сравнения.Figure 2 (b) shows a diagram of a measuring system without the use of reference electrodes.

На фиг.3 показана функциональная схема заявляемого устройства.Figure 3 shows a functional diagram of the inventive device.

На фиг.4 представлен внешний вид устройства для осуществления заявляемого способа в портативном варианте исполнения.Figure 4 presents the appearance of the device for implementing the inventive method in a portable embodiment.

На фиг.5 показана структурная схема генератора испытательных сигналов (вариант 1).Figure 5 shows the structural diagram of the generator of test signals (option 1).

На фиг.6 показана структурная схема генератора испытательных сигналов (вариант 2).Figure 6 shows the structural diagram of the generator of test signals (option 2).

На фиг.7 показана структурная схема генератора испытательных сигналов (вариант 3)7 shows a structural diagram of a generator of test signals (option 3)

На фиг.8 приведена характерная зависимость тока от времени в электрохимической системе при заявляемом типе воздействия.On Fig shows the characteristic dependence of current on time in the electrochemical system with the claimed type of exposure.

На фиг.9 приведены зависимости тока от времени для примера 1.Figure 9 shows the dependence of current on time for example 1.

На фиг.10 приведены вольтамперные зависимости для примера 1.Figure 10 shows the current-voltage dependences for example 1.

На фиг.11 а) приведены зависимости тока от времени для первого варианта электровоздействия по примеру 2.11 a) shows the dependence of current on time for the first embodiment of electric action according to example 2.

На фиг.11 б) приведены зависимости тока от времени для второго варианта электровоздействия по примеру 2.11 b) shows the dependence of current on time for the second variant of the electrical effects of example 2.

На фиг.12 приведены зависимости напряжения от времени для второго варианта электровоздействия по примеру 2.On Fig shows the dependence of voltage on time for the second variant of the electrical effects of example 2.

На фиг.13 приведены зависимости тока от времени для первого варианта электровоздействия по примеру 3.In Fig.13 shows the dependence of current on time for the first variant of the electrical effects of example 3.

На фиг.14 приведены зависимости тока от времени для второго варианта электровоздействия по примеру 3.On Fig shows the dependence of current on time for the second variant of the electrical effects of example 3.

На фиг.15 приведены зависимости тока от времени по примеру 4.On Fig shows the dependence of current on time according to example 4.

Способ реализуется с использованием предлагаемого устройства для осуществления заявляемого способа, блок - схема которого приведена на Фиг.1. Блок 1 является генератором испытательных сигналов, представляющих собой импульсы напряжения с задаваемыми параметрами. Блок 2 представляет собой приспособление - датчик, в котором для удобства пользования в конкретном исполнении могут быть конструктивно объединены и закреплены, например, инвазивные электроды (фиг.3), что позволяет менять межэлектродное расстояние и длину инвазивных электродов. Испытательный сигнал через датчик 2 с инвазивными электродами, подается на испытуемый объект 3. К датчику 2 подключен измерительный модуль 4, который осуществляет согласованное во времени измерение электрических параметров, таких как ток и напряжение. Информация об измеренном сигнале передается в память компьютера 5, где происходит ее сохранение и обработка. Результаты отображаются на дисплее компьютера 5. Задание параметров испытательных сигналов осуществляется с помощью компьютера 5.The method is implemented using the proposed device for implementing the proposed method, a block diagram of which is shown in FIG. Block 1 is a generator of test signals, which are voltage pulses with specified parameters. Block 2 is a device - a sensor in which, for convenience, in a particular design, for example, invasive electrodes (Fig. 3) can be structurally combined and fixed, which allows you to change the interelectrode distance and the length of the invasive electrodes. A test signal through a sensor 2 with invasive electrodes is supplied to the test object 3. A measuring module 4 is connected to the sensor 2, which performs a time-coordinated measurement of electrical parameters such as current and voltage. Information about the measured signal is transmitted to the memory of computer 5, where it is stored and processed. The results are displayed on the computer display 5. The test signals are set using the computer 5.

Заявляемое для реализации способа устройство разработано на основе известного измерительного оборудования для измерения и контроля электрических параметров сильнотоковых импульсных процессов в растворах электролитов, описанного в [RU №2284517 «Способ определения электрических параметров сильнотоковых импульсных «Способ определения электрических параметров сильнотоковых импульсных процессов в растворах электролитов и компьютерная система измерения].The inventive device for implementing the method is developed on the basis of well-known measuring equipment for measuring and monitoring the electrical parameters of high current pulse processes in electrolyte solutions, described in [RU No. 2284517 "Method for determining the electrical parameters of high current pulse" Method for determining the electrical parameters of high current pulse processes in electrolyte solutions and computer measurement system].

На фиг.2 (а) приведена схема измерительной системы устройства для варианта с использованием электрода сравнения. На фиг.2 (б) приведена схема измерительной системы без использования электродов сравнения.Figure 2 (a) shows a diagram of the measuring system of the device for a variant using a reference electrode. Figure 2 (b) shows a diagram of a measuring system without the use of reference electrodes.

С помощью аналого-цифрового преобразователя 6 осуществляется согласованная во времени регистрация электрических параметров значений тока и напряжения в электрохимической системе, содержащей испытательный биообъект 3 с последующей передачей этой информации в компьютер 5 для сохранения и обработки при помощи программного обеспечения, позволяющего обрабатывать массивы данных.Using an analog-to-digital converter 6, a time-coordinated recording of the electrical parameters of the current and voltage values is carried out in an electrochemical system containing a test bioobject 3 with the subsequent transfer of this information to computer 5 for storage and processing using software that allows you to process data arrays.

В результате работы измерительной системы 4 в компьютер 5 вводятся согласованные во времени данные, соответствующие падению напряжения в электрохимической системе, поляризационному напряжению Uп на границе раздела инвазивный электрод - биологический материал и данные тока, протекающего через испытуемый объект в моменты времени, соответствующие регистрируемым фронтам импульсов при заданных параметрах испытательного сигнала. Измерение может проходить в режиме усреднения значений электрических параметров от 2 до 256 импульсов.As a result of the operation of the measuring system 4, time-consistent data corresponding to the voltage drop in the electrochemical system, the polarization voltage U p at the interface of the invasive electrode - biological material, and the data of the current flowing through the test object at time moments corresponding to the recorded pulse fronts are entered into computer 5 at given test signal parameters. The measurement can take place in the mode of averaging the values of electrical parameters from 2 to 256 pulses.

Генератор испытательных сигналов в первом варианте (фиг.5) состоит из следующих основных элементов:The generator of test signals in the first embodiment (figure 5) consists of the following main elements:

- устройства задания исходной формы испытательного сигнала - функционального сигнала 11, содержащего схему задания формы; устройство 11 управляется с компьютера 5;- devices for setting the initial form of the test signal - a functional signal 11, containing a circuit for setting the form; device 11 is controlled from computer 5;

- усилителя мощности 12, который усиливает исходный функциональный сигнал до заданного значения напряжения, обеспечивая протекание требуемого тока, таким образом, формируя его масштабную копию;- power amplifier 12, which amplifies the original functional signal to a predetermined voltage value, ensuring the flow of the required current, thus forming a large-scale copy of it;

- 13 - источника питания;- 13 - power source;

- 14, 15 - разъемов для подключения датчика 2 с инвазивными электродами.- 14, 15 - connectors for connecting sensor 2 with invasive electrodes.

Генератор испытательных сигналов (фиг.6) во втором варианте состоит из следующих основных элементов:The generator of test signals (Fig.6) in the second embodiment consists of the following main elements:

- источника питания 13;- power source 13;

- блока накопления электрической энергии 16; накопление электрической энергии может осуществляться посредством емкостных, индуктивных элементов, трансформатора;- electric energy storage unit 16; the accumulation of electrical energy can be carried out by means of capacitive, inductive elements, a transformer;

- силового ключа 17.- power key 17.

Сигналы на вход силового ключа поступают с устройства управления ключом 18, которое в свою очередь управляется при помощи компьютера. Устройство 18 выполняет функцию управляемого открывания и запирания ключа, что позволяет управлять скоростью нарастания и спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов.The signals to the input of the power key come from the key management device 18, which in turn is controlled by a computer. The device 18 performs the function of controlled opening and locking of the key, which allows you to control the rate of rise and fall of the output voltage of the generator of test signals.

- 14,15 - разъемы для подключения датчика.- 14.15 - connectors for connecting the sensor.

Генератор испытательных сигналов в третьем варианте (фиг.7) состоит из следующих основных элементов:The generator of test signals in the third embodiment (Fig.7) consists of the following main elements:

- источника питания 13;- power source 13;

- блока накопления электрической энергии 16; накопление электрической энергии может осуществляться посредством емкостных, индуктивных элементов, трансформатора;- electric energy storage unit 16; the accumulation of electrical energy can be carried out by means of capacitive, inductive elements, a transformer;

- силового ключа 17, управляемого при помощи компьютера.- power key 17, controlled by a computer.

Для управления скоростью нарастания/спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов используется переменная индуктивность 19 - (индуктивный элемент pL с переменным номиналом). Скорость нарастания/спада выходного напряжения является функцией номинала индуктивного элемента 19.To control the rate of rise / fall of the output voltage of the test signal generator, a variable inductance 19 - is used (inductive element pL with a variable nominal value). The rise / fall rate of the output voltage is a function of the nominal value of the inductive element 19.

- 14, 15 - разъемы для подключения датчика с инвазивными электродами.- 14, 15 - connectors for connecting a sensor with invasive electrodes.

Измерительный модуль (система) заявляемого устройства функционирует следующим образом: с помощью одного из входов аналого-цифрового преобразователя 6 осуществляется регистрация параметров испытательных сигналов, что с высокой точностью позволяет проводить измерения напряжение U, подаваемого в электрохимическую систему. В случае необходимости используют делитель напряжения 7. Аналогичным образом регистрируется поляризационное напряжение Uп. На другой вход аналого-цифрового преобразователя подается напряжение от преобразователя ток - напряжение 8, которое прямо пропорционально току I, протекающему через испытательный объект. Для варианта измерительной системы с использованием электрода сравнения, последний соединяют с одним из входов аналого-цифрового преобразователя. На Фиг.2 (а) электрод сравнения соединен со вторым каналом аналого-цифрового преобразователя. С помощью компьютера 5 (фиг.3) оператором осуществляется задание параметров испытательных сигналов. Испытательный сигнал (импульсы напряжения с заданными параметрами) подается на датчик 2 (электроды). Датчик 2 оснащен инвазивными электродами в форме игл 9 и 9', электрод сравнения 10 также выполнен в форме иглы. Такое исполнение позволяет погружать электроды в испытуемые биообъекты, например, прокалывать кожу и подкожный жир мяса, что упрощает процедуру проведения испытаний. К датчику 2, погруженному в испытуемый объект 3, подключен измерительный модуль 4. Измеренные с требуемой дискретностью в ходе электровоздействия на испытуемый объект электрические параметры передаются с аналого-цифрового преобразователя 6 измерительного модуля 4 в память компьютера 5 в виде массива данных. Полученный массив данных сохраняется и обрабатывается. Результаты испытания визуализируются на дисплее компьютера 5.The measuring module (system) of the claimed device operates as follows: with the help of one of the inputs of the analog-to-digital converter 6, the parameters of the test signals are recorded, which makes it possible to measure the voltage U supplied to the electrochemical system with high accuracy. If necessary, use a voltage divider 7. Similarly recorded polarization voltage U p . At the other input of the analog-to-digital converter, voltage is supplied from the current-to-voltage converter 8, which is directly proportional to the current I flowing through the test object. For a variant of the measuring system using a reference electrode, the latter is connected to one of the inputs of the analog-to-digital converter. In FIG. 2 (a), a reference electrode is connected to a second channel of an analog-to-digital converter. Using computer 5 (figure 3), the operator sets the parameters of the test signals. The test signal (voltage pulses with specified parameters) is supplied to sensor 2 (electrodes). The sensor 2 is equipped with invasive electrodes in the form of needles 9 and 9 ', the reference electrode 10 is also made in the form of a needle. This design allows you to immerse the electrodes in the tested biological objects, for example, to pierce the skin and subcutaneous fat of meat, which simplifies the test procedure. The measuring module 4 is connected to the sensor 2 immersed in the test object 3. The electrical parameters measured with the required discreteness during the electric action on the test object are transmitted from the analog-to-digital converter 6 of the measuring module 4 to the memory of computer 5 in the form of a data array. The resulting data array is stored and processed. The test results are visualized on the computer display 5.

При обработке полученных данных производится построение вольтамперной зависимости и хроноамперограммы. Также может осуществляться вычисление общего импульсного тока, емкостной и активной составляющих тока, удельного активного сопротивления и удельной емкости и других дополнительных параметров, служащих критериями (классифицирующими признаками) для дальнейшей идентификации и определения показателей качества.When processing the obtained data, the current-voltage dependence and the chronoamperogram are built. The calculation of the total pulse current, capacitive and active components of the current, specific resistance and specific capacitance, and other additional parameters that serve as criteria (classification features) for further identification and determination of quality indicators can also be carried out.

К дополнительным параметрам могут быть отнесены:Additional parameters may include:

- значения напряжения деполяризации и соответствующего тока деполяризации;- the values of the depolarization voltage and the corresponding depolarization current;

- соотношение углов наклона нарастающего/спадающего напряжения и тока;- the ratio of the slope of the rising / falling voltage and current;

- интервал времени между достижением амплитудных значений током и напряжением;- the time interval between the achievement of the amplitude values of the current and voltage;

- характер колебательного процесса для тока в период нарастания напряжения до заданного значения;- the nature of the oscillatory process for current during a period of voltage rise to a predetermined value;

- уравнения, полученные аппроксимацией для различных участков зависимостей тока и напряжения от времени.- equations obtained by approximation for various sections of the dependences of current and voltage on time.

Для реализации электронного измерительного устройства в портативном варианте, используемый компьютер также может быть портативным и размещаться в одном корпусе с генератором испытательных сигналов (фиг.4).To implement an electronic measuring device in a portable version, the computer used can also be portable and placed in one housing with a test signal generator (Fig. 4).

На фиг.8 приведена характерная зависимость тока от времени.On Fig shows a characteristic dependence of the current on time.

Суммарный импульс тока I, протекающий через электрохимическую систему, состоит из двух составляющих: емкостной и активной. Резкий скачок тока в начале импульса обусловлен емкостной составляющей I1. Затем значение тока снижается до определенного значения и I2 и остается постоянным.The total current pulse I flowing through the electrochemical system consists of two components: capacitive and active. A sharp jump in current at the beginning of the pulse is due to the capacitive component I1. Then the current value decreases to a certain value and I2 and remains constant.

Заявленный способ поясняется следующими примерами.The claimed method is illustrated by the following examples.

Для осуществления электровоздействия использовали устройство, приведенное на фиг.3, с генератором испытательных сигналов, приведенным на фиг.6, позволяющим осуществлять электрическое воздействие со следующими параметрами: напряжение в импульсе - до 500 В, длительность импульса 10-700 мкс, частота следования импульсов 0,5-4 Гц, скорость нарастания/спада напряжения лежит в интервале 106-109 В/с. В качестве аналого-цифрового преобразователя выступал цифровой осциллограф Gwinstek 71062A.For the implementation of the electric impact, the device shown in Fig. 3 was used with the test signal generator shown in Fig. 6, which makes it possible to carry out electrical action with the following parameters: voltage per pulse - up to 500 V, pulse duration 10-700 μs, pulse repetition rate 0 , 5-4 Hz, the voltage rise / fall rate lies in the range of 10 6 -10 9 V / s. The Gwinstek 71062A digital oscilloscope acted as an analog-to-digital converter.

В ходе проведения испытаний выполнялось следующие условие: геометрические размеры инвазивных электродов и площадь контакта каждого из электродов с биологической тканью во всех измерениях оставались постоянными.During the tests, the following conditions were fulfilled: the geometric dimensions of the invasive electrodes and the contact area of each of the electrodes with biological tissue in all measurements remained constant.

Пример 1.Example 1

Исследованию подвергли мясо курицы (мышечную ткань) с различными периодами времени после забоя, а именно 1, 2, 3, 4 суток.The study subjected chicken meat (muscle tissue) with different periods of time after slaughter, namely 1, 2, 3, 4 days.

В течение времени проведения испытаний все образцы помещались в герметичные полиэтиленовые контейнеры, предотвращающие высыхание и хранились в воздушном термостате при температуре 20°С.During the test period, all samples were placed in airtight plastic containers that prevent drying and were stored in an air thermostat at a temperature of 20 ° C.

Для выполнения измерений пробы размещались на непроводящей поверхности выполненной из текстолитового листа. В качестве электродов были использованы иглы из нержавеющей стали. При этом размеры игл были одинаковыми, что обеспечивало одинаковую плотность катодного и анодного токов - 1:1. Расстояние между электродами составляло 8 мм и в ходе выполнения всех измерений оставалось постоянным.To perform measurements, samples were placed on a non-conductive surface made of textolite sheet. Stainless steel needles were used as electrodes. The sizes of the needles were the same, which ensured the same density of the cathodic and anodic currents - 1: 1. The distance between the electrodes was 8 mm and remained constant during all measurements.

Режим электровоздействия был следующим: форма импульсов постоянного напряжения - трапециевидная, время нарастания напряжения до заданного значения 300 не (скорость нарастания напряжения 109 В/с), разность потенциалов между электродами 300 В, длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 1,4 Гц, количество импульсов прошедших через электрохимическую систему - 16.The electric exposure mode was as follows: the shape of the DC voltage pulses is trapezoidal, the voltage rise time to a predetermined value of 300 ns (voltage rise rate of 10 9 V / s), the potential difference between the electrodes is 300 V, the pulse duration is 100 μs, and the pulse repetition rate is 1.4 Hz , the number of pulses transmitted through the electrochemical system is 16.

Электрические параметры регистрировались и сохранялись описанным выше способом (как изложено в описании).Electrical parameters were recorded and stored as described above (as described in the description).

Полученные данные для 16 импульсов усреднялись непосредственно с помощью аналого-цифрового преобразователя и были представлены графически в виде восходящих частей хроноамперограмм (фиг.9) и вольтамперных зависимостей (фиг.10) для разных периодов хранения испытуемого объекта. В данном случае такое отображение экспериментальных данных является наиболее информативным, что, однако, не означает отсутствия информативности других зарегистрированных параметров. На фиг.9 видно, что при хранении с первых по третьи сутки суммарный и активный ток возрастают, а соотношение емкостной и активной составляющих импульсного тока уменьшается. На четвертые сутки емкостная составляющая импульсного тока уже практически отсутствует, кроме того, существенно увеличивается время нарастания тока. При этом характер, произошедших на четвертые сутки изменений, является достаточно резким. На фиг.10 видно, что при хранении с первых по четвертые сутки происходит постоянное уменьшение площади ограничиваемой (внутри) вольтамперными зависимостями, что также свидетельствует об уменьшении емкостной составляющей электрического сопротивления биологической ткани. Данные по значениям тока приведены в таблице 1.The data obtained for 16 pulses were averaged directly using an analog-to-digital converter and were presented graphically in the form of ascending parts of chronoamperograms (Fig. 9) and current-voltage dependences (Fig. 10) for different periods of storage of the test object. In this case, such a display of experimental data is the most informative, which, however, does not mean the lack of informativeness of other registered parameters. Figure 9 shows that during storage from the first to the third day, the total and active current increase, and the ratio of capacitive and active components of the pulse current decreases. On the fourth day, the capacitive component of the pulsed current is practically absent, in addition, the current rise time is significantly increased. Moreover, the nature of the changes that occurred on the fourth day is quite sharp. Figure 10 shows that during storage from the first to the fourth day there is a constant decrease in the area limited by (inside) the current-voltage dependences, which also indicates a decrease in the capacitive component of the electrical resistance of biological tissue. Data on current values are given in table 1.

Стоит отметить, что именно на четвертые сутки хранения непригодность мяса, с точки зрения потребительских качеств может быть однозначно установлена по визуальным и органолептическим критериям.It is worth noting that it is on the fourth day of storage that the unsuitability of meat, from the point of view of consumer qualities, can be unambiguously determined by visual and organoleptic criteria.

Уменьшение соотношения емкостной и активной составляющих импульсного тока и возрастание активного тока согласуется с утверждением о разрушении клеточных мембран при длительном хранении мяса, в том числе под воздействием бактерий. Поскольку именно клеточные мембраны в значительной степени обуславливают наличие емкостной составляющей импеданса биологических объектов. При этом деструкция мембран увеличивает общую проводимость таких объектов.A decrease in the ratio of the capacitive and active components of the pulsed current and an increase in the active current are consistent with the statement about the destruction of cell membranes during prolonged storage of meat, including under the influence of bacteria. Since it is cell membranes that largely determine the presence of the capacitive component of the impedance of biological objects. Moreover, the destruction of membranes increases the overall conductivity of such objects.

Таблица 1Table 1 Электрические параметры образца мышечной ткани курицыChicken muscle tissue electrical parameters Сутки храненияDay of storage 1one 22 33 4four Общий ток, АTotal current, A 0,740.74 0,990.99 1,161.16 0,860.86 Активный ток, АActive current, A 0,460.46 0,760.76 0,990.99 0,850.85 Емкостный ток, АCapacitive current, A 0,280.28 0,230.23 0,170.17 0,010.01 Доля емкостного тока в общем токе, %The share of capacitive current in the total current,% 37,837.8 23,223,2 14,714.7 1,21,2

Практически полное отсутствие на 4 сутки хранения емкостной составляющей импульсного тока однозначно свидетельствует о значительной деструкции ткани и, следовательно, непригодности данного вида продукции к употреблению в пищу. Данный вывод подтверждается исследованиями, выполненными органолептическими методами.The almost complete absence on the 4th day of storage of the capacitive component of the pulsed current unambiguously indicates a significant destruction of the tissue and, therefore, the unsuitability of this type of product for consumption. This conclusion is confirmed by studies performed by organoleptic methods.

Пример 2.Example 2

Исследованию подвергли образцы двух видов рыб с одинаковыми периодами времени после размораживания: сельди и карася.The study subjected samples of two fish species with the same time periods after thawing: herring and crucian carp.

В течение времени проведения испытаний все образцы помещались в герметичные полиэтиленовые контейнеры, предотвращающие высыхание и хранились в воздушном термостате при температуре 20°С.During the test period, all samples were placed in airtight plastic containers that prevent drying and were stored in an air thermostat at a temperature of 20 ° C.

Электровоздействие осуществлялось в двух режимах. В первом режиме использовались импульсы постоянного напряжения трапециевидной формы, разность потенциалов между электродами 200 В, время нарастания напряжения до заданного значения составляло 211 не (скорость нарастания напряжения 0,95·109 В/с), длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 1,4 Гц, количество импульсов прошедших через электрохимическую систему - 16. Во втором режиме использовались импульсы постоянного напряжения трапециевидной формы, разность потенциалов между электродами 400 В, время нарастания напряжения до заданного значения составляло 12 мкс (скорость нарастания напряжения 3,3·107 В/с), длительность импульсов 100 мкс, частота следования импульсов 1,4 Гц, количество импульсов прошедших через электрохимическую систему - 16.Electric exposure was carried out in two modes. In the first mode, trapezoidal constant voltage pulses were used, the potential difference between the electrodes was 200 V, the voltage rise time to the specified value was 211 ns (voltage rise rate 0.95 · 10 9 V / s), pulse duration 100 μs, pulse repetition rate 1 , 4 Hz, the number of pulses transmitted through the electrochemical system - 16. In the second mode, DC voltage pulses of a trapezoidal shape, the potential difference between the electrodes were 400 V, the voltage rise time to the back This value was 12 μs (the voltage rise rate was 3.3 × 10 7 V / s), the pulse duration was 100 μs, the pulse repetition rate was 1.4 Hz, and the number of pulses transmitted through the electrochemical system was 16.

Электровоздействие в обоих режимах осуществлялось при отношении площади катода к площади инвазивных анодов 1:10. При этом использовался один катод и десять анодов. Глубина погружения всех электродов была постоянной. Кроме того, дополнительно был использован инвазивный электрод сравнения, выполненный из платины, который помещался в испытуемые объекты на расстоянии 3 мм от катода. Падение напряжения регистрировалось как между противоэлектродами, так и между электродом сравнения и катодом. Такая организация электровоздействия и измерения электрических параметров позволяет практически полностью исключить анодную поляризацию и с высокой достоверностью осуществлять прямые измерения поляризации границы раздела инвазивный катод - биологический материал. В остальном методика проведения измерений была как в примере 1.Electric action in both modes was carried out with a ratio of the cathode area to the area of invasive anodes of 1:10. In this case, one cathode and ten anodes were used. The immersion depth of all electrodes was constant. In addition, an invasive reference electrode made of platinum was additionally used, which was placed in the test objects at a distance of 3 mm from the cathode. The voltage drop was recorded both between the counter electrodes and between the reference electrode and the cathode. Such an organization of electric action and measurement of electrical parameters makes it possible to almost completely eliminate the anodic polarization and to carry out direct measurements of the polarization of the invasive cathode – biological material interface with high reliability. The rest of the measurement procedure was as in example 1.

Полученные данные усреднялись непосредственно с помощью аналого-цифрового преобразователя и были представлены графически в виде восходящих частей зависимостей тока от времени для перового и второго режимов электровоздействия (фиг.11 (а, б)) и поляризационного напряжения катода от времени (фиг.12) для второго режима электровоздействия.The data obtained were averaged directly using an analog-to-digital converter and were presented graphically in the form of ascending parts of the current versus time for the first and second modes of electric action (Fig. 11 (a, b)) and the polarization voltage of the cathode (Fig. 12) for the second mode of electrical exposure.

На фиг.11 (а) видно, что при одинаковых параметрах воздействия величины суммарного и активного токов для сельди значительно выше, чем для карася, а доля емкостного тока в общем токе для карася составляет 30,4% для сельди - 21,6%. Характер, колебательного процесса при нарастании тока для исследованных образцов также является различным.In Fig. 11 (a), it can be seen that for the same exposure parameters, the values of the total and active currents for herring are much higher than for crucian carp, and the share of the capacitive current in the total current for crucian carp is 30.4% for herring - 21.6%. The nature of the oscillatory process with increasing current for the samples studied is also different.

На фиг.11 (б) видно, что при использовании второго варианта электровоздействия, с меньшей скоростью нарастания напряжения, удается выделить дополнительные характеристические параметры испытуемых объектов, а именно величину тока деполяризации и напряжение деполяризации. Однако определение характера колебательного процесса для тока при этом становится практически невозможным (существенно усложняется). Поэтому для ряда случаев является целесообразным использовать электрическое воздействие, содержащее в себе импульсы с различными параметрами в заявляемом диапазоне параметров.In Fig. 11 (b), it is seen that when using the second embodiment of electric action, with a lower rate of voltage rise, it is possible to isolate additional characteristic parameters of the test objects, namely, the magnitude of the depolarization current and the depolarization voltage. However, the determination of the nature of the oscillatory process for the current in this case becomes almost impossible (significantly complicated). Therefore, for a number of cases it is advisable to use an electric effect containing pulses with various parameters in the claimed range of parameters.

На фиг.12 видно, что для обоих исследованных образцов наблюдается явление деполяризации границы раздела катод - биологический материал. При этом напряжение деполяризации для каждого из исследованных образцов различно.On Fig shows that for both samples studied, the phenomenon of depolarization of the cathode – biological material interface is observed. In this case, the depolarization voltage for each of the studied samples is different.

Результаты измерений параметров импульсного напряжения и тока представлены в таблицах 2 и 3.The measurement results of the parameters of the pulse voltage and current are presented in tables 2 and 3.

Таблица 2table 2 Электрические параметры образцов рыбы при первом варианте электровоздействияElectrical parameters of fish samples in the first embodiment of electric exposure Наименование образцаSample Name КарасьCrucian СельдьHerring Общий ток, АTotal current, A 0,460.46 0,880.88 Активный ток, АActive current, A 0,320.32 0,690.69 Емкостный ток, АCapacitive current, A 0,140.14 0,190.19 Доля емкостного тока в общем токе, %The share of capacitive current in the total current,% 30,430,4 21,621.6

Таблица 3Table 3 Электрические параметры образцов рыбы при втором варианте электровоздействияElectrical parameters of fish samples in the second variant of electric exposure Наименование образцаSample Name КарасьCrucian СельдьHerring Общий ток, АTotal current, A 1,441.44 3,423.42 Активный ток, АActive current, A 1,331.33 2,912.91 Емкостный ток, АCapacitive current, A 0,110.11 0,510.51 Ток деполяризации, АDepolarization current, A 0,270.27 0,850.85 Напряжение деполяризации, ВDepolarization voltage, V 144,9144.9 106,8106.8 Доля емкостного тока в общем токе, %The share of capacitive current in the total current,% 7,67.6 14,914.9

Образцы сельди в сравнении с образцами карася имеют более высокую общую проводимость при меньшей способности к поляризации, что обусловлено различием величин сопротивления внутри и межклеточных сред и различием в емкостных свойствах мембран данных испытуемых объектов.Herring samples, in comparison with crucian samples, have a higher total conductivity with a lower ability to polarize, which is due to the difference in the resistance values inside and intercellular media and the difference in the capacitive properties of the membranes of these test objects.

Таким образом, показано, что заявляемый способ позволяет осуществлять определение видовой принадлежности рыб.Thus, it is shown that the inventive method allows the determination of species of fish.

Пример 3.Example 3

Исследованию подвергли мясо свиньи (мышечную ткань) с различными периодами времени после забоя, а именно 1, 2, 3, 4 суток.The study was subjected to pig meat (muscle tissue) with different periods of time after slaughter, namely 1, 2, 3, 4 days.

Пробоподготовка, хранение образцов и методика проведения измерений были как в примере 1.Sample preparation, storage of samples and measurement procedure were as in example 1.

Режим электровоздействия был следующим: форма импульсов постоянного напряжения - трапециевидная, время нарастания напряжения до заданного значения 200 не (скорость нарастания напряжения 109 В/с), разность потенциалов между электродами 200 В, длительность импульсов 150 мкс, частота следования импульсов 1,4 Гц, количество импульсов прошедших через электрохимическую систему - 16.The electric exposure mode was as follows: the shape of the DC voltage pulses is trapezoidal, the voltage rise time to a predetermined value of 200 ns (voltage rise rate 10 9 V / s), the potential difference between the electrodes is 200 V, the pulse duration is 150 μs, the pulse repetition rate is 1.4 Hz , the number of pulses transmitted through the electrochemical system is 16.

Полученные данные были представлены графически в виде восходящих частей хроноамперограмм (фиг.13) и вольтамперных зависимостей (фиг.14) для разных периодов хранения испытуемого объекта.The obtained data were presented graphically in the form of ascending parts of chronoamperograms (Fig. 13) and current-voltage dependences (Fig. 14) for different periods of storage of the test object.

На фиг.13 видно, что при хранении с первых по третьи сутки суммарный и активный ток возрастают, а соотношение емкостной и активной составляющих импульсного тока уменьшается. На четвертые сутки емкостная составляющая импульсного тока уже практически отсутствует, кроме того, существенно увеличивается время нарастания тока. При этом характер, произошедших на четвертые сутки изменений, является достаточно резким. На фиг.14 видно, что при хранении с первых по четвертые сутки происходит постоянное уменьшение площади ограничиваемой (внутри) вольтамперными зависимостями, что также свидетельствует об уменьшении емкостной составляющей электрического сопротивления биологической ткани. На четвертые сутки хранения непригодность мяса, с точки зрения потребительских качеств может быть однозначно установлена по визуальным и органолептическим критериям. Данные по значениям тока приведены в таблице 1.On Fig shows that during storage from the first to the third day the total and active current increase, and the ratio of capacitive and active components of the pulse current decreases. On the fourth day, the capacitive component of the pulsed current is practically absent, in addition, the current rise time is significantly increased. Moreover, the nature of the changes that occurred on the fourth day is quite sharp. On Fig shows that during storage from the first to the fourth day there is a constant decrease in the area limited by (within) the current-voltage dependencies, which also indicates a decrease in the capacitive component of the electrical resistance of biological tissue. On the fourth day of storage, the unsuitability of meat, from the point of view of consumer qualities, can be unambiguously determined by visual and organoleptic criteria. Data on current values are given in table 1.

Таблица 4Table 4 Электрические параметры образца мышечной ткани курицыChicken muscle tissue electrical parameters Сутки храненияDay of storage 1one 22 33 4four Общий ток, АTotal current, A 1,051.05 1,071,07 1,091.09 0,740.74 Активный ток, АActive current, A 0,720.72 0,800.80 0,830.83 0,700.70 Емкостный ток, АCapacitive current, A 0,330.33 0,270.27 0,260.26 0,040.04 Доля емкостного тока в общем токе, %The share of capacitive current in the total current,% 31,431,4 25,225,2 23,923.9 5,45,4

Практически полное отсутствие на 4 сутки хранения емкостной составляющей импульсного тока однозначно свидетельствует о значительной деструкции ткани и, следовательно, непригодности данного вида продукции к употреблению в пищу. Данный вывод подтверждается исследованиями, выполненными органолептическими методами.The almost complete absence on the 4th day of storage of the capacitive component of the pulsed current unambiguously indicates a significant destruction of the tissue and, therefore, the unsuitability of this type of product for consumption. This conclusion is confirmed by studies performed by organoleptic methods.

Пример 4.Example 4

Электровоздействие осуществлялось как в вышеприведенных примерах с использованием инвазивных электродов. В качестве объекта электровоздействия выступал точный чип резистор серии SMD 1206 с номиналом 100 Ом и точностью ±1% (F). Режим электровоздействия на резистор и метод регистрации электрических параметров был как в примере 1.Electric exposure was carried out as in the above examples using invasive electrodes. An exact chip resistor of the SMD 1206 series with a nominal value of 100 Ohms and an accuracy of ± 1% (F) acted as an object of electrical influence. The mode of electrical action on the resistor and the method of recording electrical parameters was as in example 1.

Полученные данные для 16 импульсов усреднялись непосредственно с помощью аналого-цифрового преобразователя и были представлены графически в виде восходящей части хроноамперограммы (фиг.15) при напряжениях 200 В и 400 В.The data obtained for 16 pulses were averaged directly using an analog-to-digital converter and were presented graphically in the form of the ascending part of the chronoamperogram (Fig. 15) at voltages of 200 V and 400 V.

Из приведенной на фигуре 15 зависимости видно, что емкостная составляющая импульсного тока отсутствует, отсутствует также колебательный процесс для тока в период нарастания до заданного значения. Таким образом, показано, что сложный характер зависимости тока от времени при заявляемом способе аналитического контроля не является следствием искажения результатов измерений вследствие шума (вклада) создаваемого (вносимого) источником питания (измерительными приборами), «дребезга» элементов электрических схем, проводов, электрических контактов, электродов и т.п., а является откликом измерительной системы, который соответствует свойствам испытуемого объекта.From the dependence shown in FIG. 15, it is seen that the capacitive component of the pulse current is absent, and there is also no oscillatory process for the current during the rise period to the specified value. Thus, it is shown that the complex nature of the dependence of current on time with the proposed method of analytical control is not a result of distortion of the measurement results due to noise (contribution) created (introduced) by the power source (measuring devices), the "bounce" of elements of electrical circuits, wires, electrical contacts , electrodes, etc., but is the response of the measuring system, which corresponds to the properties of the test object.

Полученные в приведенных примерах результаты измерений электрических параметров электрохимических процессов в испытуемых объектах, представляющих собой материалы биологические ткани показывают, что регистрируемые отклики являются характеристиками именно биологической ткани, а не погрешностями измерения, вызванными теми или иными факторами. Доказано, что форма и динамика изменений вольтамперных и хроноамперометрических зависимостей находится в строгом соответствии с видом биологической ткани и ее свойствами.The results of measurements of the electrical parameters of electrochemical processes in the test objects, which are biological tissue materials, obtained in the above examples show that the recorded responses are characteristics of the biological tissue, and not the measurement errors caused by certain factors. It is proved that the shape and dynamics of changes in volt-ampere and chrono-amperometric dependencies is in strict accordance with the type of biological tissue and its properties.

Из представленных зависимостей видно, что при реализации заявляемого в способе электровоздействия на испытательные объекты, регистрации электрических параметров системы и последующей математической обработки полученных данных удается осуществить идентификацию и определение показателей качества биологических тканей, например, мяса животных.From the presented dependencies it is seen that when implementing the claimed method in the electric action on test objects, recording the electrical parameters of the system and subsequent mathematical processing of the data obtained, it is possible to identify and determine the quality indicators of biological tissues, for example, animal meat.

Таким образом, показано, что происходящие при хранении образцов биологической ткани необратимые изменения находятся в строгой взаимосвязи с электрическими параметрами электрохимических процессов, возбуждаемых описанным выше методом (методом приложения к испытательным объектам коротких импульсов напряжения с высокими значениями разности потенциалов).Thus, it has been shown that irreversible changes occurring during the storage of biological tissue samples are in strict correlation with the electrical parameters of electrochemical processes excited by the method described above (by applying short voltage pulses with high potential differences to test objects).

Claims (25)

1. Способ определения электрических характеристик и/или идентификации биологических объектов, включающий установку электродов на биологический объект, подачу на них напряжения, измерение значений тока и напряжения, сохранение и обработку массива полученных данных, отличающийся тем, что измерение значений токов и напряжения осуществляют одновременно с электровоздействием на биологический объект, при этом электровоздействие осуществляют, по меньшей мере, одним импульсом напряжения с регулируемым значением скорости нарастания и/или спада напряжения, составляющим не менее 104 В/с.1. A method for determining the electrical characteristics and / or identification of biological objects, including installing electrodes on a biological object, applying voltage to them, measuring current and voltage values, storing and processing an array of obtained data, characterized in that the current and voltage values are measured simultaneously electrical action on a biological object, while electrical action is carried out by at least one voltage pulse with an adjustable value of the slew rate and / or cn voltage levels of at least 10 4 V / s. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют импульсы напряжения, скорость нарастания/спада которых лежит в пределах от 107 до 109 В/с.2. The method according to claim 1, characterized in that they use voltage pulses, the rise / fall rate of which lies in the range from 10 7 to 10 9 V / s. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют импульсы напряжения трапециевидной формы с длительностью, составляющей 5-300 мкс.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that use voltage pulses of a trapezoidal shape with a duration of 5-300 μs. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют импульсы напряжения треугольной формы с длительностью, составляющей 5-300 мкс.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the use of voltage pulses of a triangular shape with a duration of 5-300 μs. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют импульсы напряжения до 1000 В, предпочтительно 90-300 В.5. The method according to claim 1, characterized in that use voltage pulses up to 1000 V, preferably 90-300 V. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при электрическом воздействии на биообъект группой импульсов их пропускание осуществляют с частотой, лежащей в диапазоне значений 0,5-10 Гц, предпочтительно 0,8-2,0 Гц.6. The method according to claim 1, characterized in that when they are electrically exposed to a biological object by a group of pulses, they are transmitted at a frequency lying in the range of 0.5-10 Hz, preferably 0.8-2.0 Hz. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют импульсы с различными параметрами, например, с различными значениями скорости нарастания и скорости спада напряжения.7. The method according to claim 6, characterized in that use pulses with different parameters, for example, with different values of the slew rate and the rate of voltage drop. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для подачи импульсов напряжения на биологический объект и измерения электрических характеристик используют, по меньшей мере, два токоведущих электрода: анод и катод, которые помещают на биологический объект или погружают в биологический объект.8. The method according to claim 1, characterized in that at least two current-carrying electrodes are used to supply voltage pulses to the biological object and measure the electrical characteristics: the anode and cathode, which are placed on the biological object or immersed in a biological object. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что для измерения электрических характеристик дополнительно используют, по меньшей мере, один электрод сравнения, который помещают на биологический объект или погружают в биологический объект.9. The method according to claim 1, characterized in that for measuring electrical characteristics, at least one reference electrode is additionally used, which is placed on a biological object or immersed in a biological object. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическое воздействие на биологический объект осуществляют анодно-катодным током при соотношении катодной и анодной плотности тока в интервале от 1:1 до 10:1.10. The method according to claim 1, characterized in that the electrical effect on the biological object is carried out by anodic-cathodic current with a ratio of cathodic and anodic current density in the range from 1: 1 to 10: 1. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что предпочтительно электрическое воздействие осуществляют при температуре биологического объекта и/или электродов, равной 20°С.11. The method according to claim 1, characterized in that preferably the electrical effect is carried out at a temperature of the biological object and / or electrodes equal to 20 ° C. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве массива данных электрических характеристик используют массив данных, согласованных во времени значений тока и напряжения.12. The method according to claim 1, characterized in that as an array of data of electrical characteristics using an array of data, time-coordinated values of current and voltage. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что для идентификации биологических объектов и/или их состояния обработку полученного массива осуществляют путем сравнения полученного массива данных электрических характеристик с массивами, ранее полученными для известного биологического объекта, и на основе проведенного сравнения делают вывод о виде или состоянии биологического объекта.13. The method according to claim 1, characterized in that for the identification of biological objects and / or their state, the processing of the resulting array is carried out by comparing the resulting array of electrical characteristics data with arrays previously obtained for a known biological object, and based on the comparison, they conclude form or condition of a biological object. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что, если в качестве испытуемого объекта выступают продукты питания или сырье для их изготовления, то для определения показателей их качества на испытуемый объект воздействуют электрическим током, проводят измерение значений тока и падения напряжения, сохранение массива полученных данных и сравнение полученных данных с массивами, полученными для испытуемых объектов с известными показателями качества, на основе проведенного сравнения делают вывод о качестве продуктов питания.14. The method according to claim 1, characterized in that if the test object is food or raw materials for their manufacture, then, to determine the quality indicators, the test object is exposed to electric current, current and voltage drops are measured, and the array is stored obtained data and comparing the obtained data with arrays obtained for the test objects with known quality indicators, based on the comparison, they conclude about the quality of food products. 15. Устройство для определения электрических характеристик биологических объектов, содержащее генератор испытательных сигналов, выполненный с возможностью управления скоростью нарастания и/или спада выходных импульсов напряжения, электроды для подачи импульсов напряжения на биологический объект и одновременного измерения электрических характеристик объекта, измерительный модуль, при этом упомянутые электроды соединены с измерительным модулем, компьютер для управления генератором испытательных сигналов, хранения и обработки массивов данных электрических характеристик.15. A device for determining the electrical characteristics of biological objects, containing a generator of test signals, configured to control the rate of rise and / or fall of the output voltage pulses, electrodes for supplying voltage pulses to the biological object and simultaneously measure the electrical characteristics of the object, a measuring module, wherein electrodes are connected to the measuring module, a computer for controlling the generator of test signals, storage and processing of masses Islands electrical characteristics of the data. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один дополнительный электрод - электрод сравнения, соединенный с измерительным модулем для измерения поляризационного напряжения.16. The device according to p. 15, characterized in that it contains at least one additional electrode - a reference electrode connected to a measuring module for measuring polarization voltage. 17. Устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что электроды для подачи напряжения на биологический объект и электрод сравнения выполнены в виде инвазивных игл для погружения электродов в исследуемый биологический объект.17. The device according to p. 15 or 16, characterized in that the electrodes for supplying voltage to the biological object and the reference electrode are made in the form of invasive needles for immersing the electrodes in the studied biological object. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что электроды для подачи напряжения на биологический объект и электрод сравнения конструктивно объединены в единый блок - датчик и установлены в нем с возможностью изменения их длины и межэлектродного расстояния.18. The device according to 17, characterized in that the electrodes for supplying voltage to the biological object and the reference electrode are structurally combined into a single unit - the sensor and installed in it with the possibility of changing their length and interelectrode distance. 19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что для увеличения катодной плотности тока используют множество инвазивных электродов в виде игл с одинаковыми размерами, при этом иглы соединяются параллельно и выполняют функцию катода.19. The device according to 17, characterized in that to increase the cathode current density using many invasive electrodes in the form of needles with the same size, while the needles are connected in parallel and perform the function of a cathode. 20. Устройство по п.15, отличающееся тем, что измерительный модуль выполнен с возможностью согласованного во времени измерения тока и напряжения.20. The device according to p. 15, characterized in that the measuring module is configured to coordinate the measurement of current and voltage in time. 21. Устройство по п.15, отличающееся тем, что измерительный модуль выполнен двухканальным, в котором первый канал содержит делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения напряжения, второй канал содержит преобразователь ток-напряжение, также соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения тока.21. The device according to clause 15, wherein the measuring module is a two-channel, in which the first channel contains a voltage divider connected to an analog-to-digital converter for measuring voltage, the second channel contains a current-voltage converter, also connected to an analog-to-digital converter to measure current. 22. Устройство по п.15, отличающееся тем, что измерительный модуль выполнен трехканальным, в котором первый канал содержит первый делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения напряжения, второй канал содержит второй делитель напряжения, соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения поляризационного напряжения и третий канал содержит преобразователь ток-напряжение, также соединенный с аналого-цифровым преобразователем для измерения тока.22. The device according to clause 15, wherein the measuring module is made three-channel, in which the first channel contains a first voltage divider connected to an analog-to-digital converter for measuring voltage, the second channel contains a second voltage divider connected to an analog-to-digital converter for polarization voltage measurement and the third channel contains a current-voltage Converter, also connected to an analog-to-digital Converter for measuring current. 23. Устройство по п.15, отличающееся тем, что генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: устройства для задания исходной формы испытательного сигнала, управляемого с компьютера, усилителя мощности, который усиливает исходный испытательный сигнал до заданного значения напряжения, обеспечивающего протекание требуемого тока, таким образом формируя его масштабную копию, и источник питания.23. The device according to p. 15, characterized in that the test signal generator consists of the following main elements: a device for setting the initial form of the test signal controlled from a computer, a power amplifier that amplifies the initial test signal to a predetermined voltage value, ensuring the flow of the required current , thus forming its large-scale copy, and a power source. 24. Устройство по п.15, отличающееся тем, что генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: источника питания; блока накопления электрической энергии, силового ключа, управляемого устройством управления, выполняющего функцию открывания и запирания ключа, что позволяет управлять скоростью нарастания и спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов.24. The device according to clause 15, wherein the test signal generator consists of the following main elements: power source; electric energy storage unit, a power key controlled by a control device that performs the function of opening and locking the key, which allows you to control the rate of rise and fall of the output voltage of the generator of test signals. 25. Устройство по п.15, отличающееся тем, что генератор испытательных сигналов состоит из следующих основных элементов: источника питания; блока накопления электрической энергии, силового ключа, управляемого при помощи компьютера, при этом для управления скоростью нарастания и/или спада выходного напряжения генератора испытательных сигналов использована переменная индуктивность. 25. The device according to clause 15, wherein the test signal generator consists of the following main elements: power source; an electric energy storage unit, a power switch controlled by a computer, and a variable inductance was used to control the rate of rise and / or fall of the output voltage of the test signal generator.
RU2012102962/28A 2012-01-27 2012-01-27 Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method RU2488104C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102962/28A RU2488104C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012102962/28A RU2488104C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2488104C1 true RU2488104C1 (en) 2013-07-20

Family

ID=48791257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012102962/28A RU2488104C1 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488104C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578965C1 (en) * 2014-11-12 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Instant diagnostic technique for anaerobic surgical infection

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1647370A1 (en) * 1989-06-14 1991-05-07 Харьковский Институт Радиоэлектроники Им.Акад.М.К.Янгеля Device for measuring electric conductance of biological media
SU1759402A1 (en) * 1990-02-06 1992-09-07 Новосибирский медицинский институт Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance
GB2288022A (en) * 1994-03-23 1995-10-04 Central Research Lab Ltd Method of sensing the condition of a piece of food
EP0869360A2 (en) * 1997-03-06 1998-10-07 Nte, S.A. Method for determining composition and quality of meat material
RU2238548C2 (en) * 1999-06-15 2004-10-20 Лайфскен, Инк. Method for measuring concentration of analyzed substance (variants), measuring device for doing the same
WO2005116634A1 (en) * 2004-04-30 2005-12-08 M Probe, Inc. Method probe and sensor for determination of the quality of food in particular meat
RU2289173C2 (en) * 2001-06-07 2006-12-10 Ператек Лтд Analytic device
RU2292841C2 (en) * 2001-10-10 2007-02-10 Лайфскен, Инк. Metod of determining adequacy of sample's volume in biological detector devices
RU92539U1 (en) * 2009-11-16 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет ANALYZER FOR DETERMINING THE TOTAL ANTIOXIDANT ACTIVITY OF BIOLOGICAL OBJECTS

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1647370A1 (en) * 1989-06-14 1991-05-07 Харьковский Институт Радиоэлектроники Им.Акад.М.К.Янгеля Device for measuring electric conductance of biological media
SU1759402A1 (en) * 1990-02-06 1992-09-07 Новосибирский медицинский институт Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance
GB2288022A (en) * 1994-03-23 1995-10-04 Central Research Lab Ltd Method of sensing the condition of a piece of food
EP0869360A2 (en) * 1997-03-06 1998-10-07 Nte, S.A. Method for determining composition and quality of meat material
RU2238548C2 (en) * 1999-06-15 2004-10-20 Лайфскен, Инк. Method for measuring concentration of analyzed substance (variants), measuring device for doing the same
RU2289173C2 (en) * 2001-06-07 2006-12-10 Ператек Лтд Analytic device
RU2292841C2 (en) * 2001-10-10 2007-02-10 Лайфскен, Инк. Metod of determining adequacy of sample's volume in biological detector devices
WO2005116634A1 (en) * 2004-04-30 2005-12-08 M Probe, Inc. Method probe and sensor for determination of the quality of food in particular meat
RU92539U1 (en) * 2009-11-16 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет ANALYZER FOR DETERMINING THE TOTAL ANTIOXIDANT ACTIVITY OF BIOLOGICAL OBJECTS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578965C1 (en) * 2014-11-12 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Instant diagnostic technique for anaerobic surgical infection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pliquett Bioimpedance: a review for food processing
Lepetit et al. Electrical impedance and tenderisation in bovine meat
RU2009112406A (en) NON-DESTRUCTIVE SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR ASSESSING DEVICES FOR IONTOPHORETIC DELIVERY OF MEDICINES
Pliquett et al. Py—a parameter for meat quality
Genovese et al. PEF-treated plant and animal tissues: Insights by approaching with different electroporation assessment methods
JP2011520118A (en) Cell evaluation method, evaluation system, and implantable device
JP2016510120A5 (en)
García-Sánchez et al. In vitro analysis of various cell lines responses to electroporative electric pulses by means of electrical impedance spectroscopy
EP0783690B1 (en) Electrochemical assessment of cell behaviour and metabolic activity
EP3806734B1 (en) Evaluation of an amount of a substance contained within circulating blood
RU2488104C1 (en) Method for determination of electrical characteristics and/or identification of biological objects and apparatus for realising said method
JP2021518226A (en) Electrode contact monitoring
US6664776B2 (en) Method and system for voltammetric characterization of a liquid sample
Teixeira et al. Bioimpedance analysis of L929 and HaCaT cells in low frequency range
Widodo et al. Double layer impedance analysis on the electrical impedance measurement of solution using a parallel plate
US11052257B2 (en) Method and device for quantification of neuromuscular stimulations due to RF-currents
RU2509531C1 (en) Method for determining bioobject impedance components
US20170146473A1 (en) Monitoring the effect of substances on in vitro tissue
Dušek et al. Designing a cost-effective multiplexer for electrical impedance tomography
Dolgova et al. Pulsed electric stimulation as a method for assessing the quality of biological objects
EP1473359A1 (en) Non-invasive fast assessment of bacterial load in blood and blood products
Nabila et al. Electrical Impedance Spectroscopic Analysis on Whole Blood Cells to Correlate Severity Level of Ischemic Stroke Patients
Lueck et al. Development of cell oedema in piglet hearts during ischaemia monitored by dielectric spectroscopy
Guermazi et al. Influence of meat aging on modified Fricke models parameter
RU2718296C1 (en) Method of analysing biological objects based on analysis of nonlinear distortions of passing electrical signal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200128