ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
| Бесплатное скачивание авторефератов |
| СКИДКА НА ДОСТАВКУ РАБОТ! |
| Авторские отчисления 70% |
| Снижение цен на доставку работ 2002-2008 годов |
| Акция - новый год вместе! |
ПОСЛЕДНИЕ ОТЗЫВЫ
Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Техника сильных электрических и магнитных полей
- Название:
- ІМПЕДАНСОМЕТРИЧНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ДЛЯ БІОСЕНСОР-НИХ СИСТЕМ
- Альтернативное название:
- МПЕДАНСОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ БИОСЕНСОР-НЫХ СИСТЕМ
- Кол-во страниц:
- 187
- ВУЗ:
- Інститут електродинаміки
- Год защиты:
- 2013
- Краткое описание:
- Національна академія наук України
Інститут електродинаміки
На правах рукопису
РУБАНЧУК МАРІЯ ПАВЛІВНА
УДК 621.317 .
ІМПЕДАНСОМЕТРИЧНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ДЛЯ БІОСЕНСОР-НИХ СИСТЕМ
Спеціальність 05.11.05 – прилади та методи вимірювання електричних та магніт-них величин
Дисертація
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Науковий керівник
Мельник В.Г., к.т.н., ст.н.сп
Київ - 2013
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
РОЗДІЛ 1 СПОСОБИ ЗАСТОСУВАННЯ ІМПЕДАНСОМЕТРИЧ-НИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ У БІОСЕНСОРНИХ СИСТЕМАХ . . . . . . .
18
1.1 Фізичні ефекти, що досліджуються за допомогою імпедансометрич-них перетворювачів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.2 Кондуктометричні біосенсори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3 Термобіосенсори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.1 ТБС на основі термоелементів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.2 ТБС на основі термісторів і термометрів опору . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4 Висновки до розділу 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
РОЗДІЛ 2 ТЕРМОБІОСЕНСОРНІ СИСТЕМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1 Структура й принцип дії термобіосенсорної системи з реєстрацією теплового потоку із зони реакції . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
2.2 Дослідження похибок від саморозігріву термодатчиків на основі термометрів опору . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
2.3 Аналіз функції перетворення вимірювального каналу калориметрич-ної біосенсорної системи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
2.4 Експериментальні дослідження функції перетворення калориметрич-ного комплексу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
2.4.1 Дослідження відгуку системи при змішуванні взаємо-нейтральних компонентів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
2.4.2. Аналіз результатів експериментальних досліджень калориметрич-ного комплексу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69
2.5 Висновки до розділу 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ Й РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ПЛАНАРНИХ КОНДУКТОМЕТРИЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ . . . .
73
3.1 Деякі особливості кондуктометричних перетворювачів біосенсорних систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2 Дослідження інформативних параметрів диференційних кондукто-метричних біосенсорів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.3 Розробка та реалізація кондуктометричних перетворювачів . . . . . . . . . 78
3.3.1 Розрахунок коефіцієнта перетворення планарної системи електродів із гребеневою геометрією по трикомпонентній моделі . . . . . . . . . . . . . .
78
3.3.2 Дослідження констант перетворення зразків диференційних кон-дуктометричних перетворювачів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
3.3.3 Теоретичний розрахунок й конструювання планарних кондуктомет-ричних перетворювачів по п'ятикомпонентній моделі . . . . . . . . . . . . . . . .
86
3.4 Експериментальні дослідження вихідних параметрів, аналіз частот-них характеристик і функцій перетворення планарних кондуктометрич-них сенсорів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
3.5 Висновки до розділу 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА І РЕАЛІЗАЦІЯ КОНДУКТОМЕТРИЧНИХ І ТЕРМОМЕТРИЧНИХ БІОСЕНСОРНИХ СИСТЕМ . . . . . . . . . . . . . . .
99
4.1 Підвищення чутливості вимірювальних кіл кондуктометричного ком-плексу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
4.1.1 Дослідження чутливості мостових кіл з диференційними кондукто-метричними датчиками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
4.1.2 Розробка нових способів перетворення параметрів диференційного кондуктометричного сенсора й вимірювальних кіл для їх реалізації . . . . .
107
4.2 Розробка і конструювання елементів вимірювального каналу імпе-дансометричного біосенсорного комплексу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
119
4.2.1 Оптимізація конструкції термобіосенсорної вимірювальної комірки 119
4.2.2 Вторинні вимірювальні перетворювачі для імпедансометричних біосенсорних систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
4.3 Експериментальні зразки імпедансометричних біосенсорних приладів та впровадження результатів досліджень у практичне використання . . . .
131
4.4 Висновки до розділу 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
ДОДАТОК А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК Д . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК Е . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК Ж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК З . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК И . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК К . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ДОДАТОК Л . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРО-ЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ
А - коефіцієнт перетворення кондуктометричного датчика
С - ємність
G - електрична провідність
- складова поля силових ліній ламелей електрода
- складова поля силових ліній торців електрода
- складова поля силових ліній крайніх електродів
- складова поля силових ліній кутів електродної системи
- складова поля, що враховує товщину електродів
І - струм
R - електричний опір
Rtі - термочутливий елемент
S - чутливість
Sі - сенсор
∆Т - різниця температур
U - напруга
Z - комплексний опір
ZW - імпеданс Варбурга
γ - електрична провідність
KД - константа кондуктометричного датчика
Ф - тепловий потік
RTD - resistance temperature detector
АЦП - аналого–цифровий перетворювач
КД - кондуктометричний датчик
МВК - мостове вимірювальне коло
МПК - мікропроцесорний контролер вимірювального модуля
ОП - операційний підсилювач
ПЕШ - подвійний електричний шар
СД - синхронний детектор
ТБС - термобіосенсор
ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач
ВСТУП
Актуальність теми. Одним з основних напрямків досліджень в галузі електричних вимірювань є розвиток сенсорної техніки для визначення значень як електричних фізичних величин, так і неелектричних величин, що визначають електричними методами (температура, концентрація розчинів, вага, щільність та ін.). Рушійною силою таких розробок є розуміння можливості широкого застосу-вання сенсорних систем для реалізації нових технологій. Ці дослідження стиму-люються не лише задачами технічної діагностики або керування устаткуванням, але також потребами медицини та ветеринарії (можливість оперативного аналізу стану організму і неперервного моніторингу дії лікарських препаратів), задачами контролю стану довкілля та якості продуктів в харчовій промисловості.
Широкі перспективи для створення нових видів сенсорних пристроїв відкриваються на шляху інтеграції біохімічних перетворювачів (трансд'юсерів) і електронних вимірювальних перетворювачів. В останні роки створення таких пристроїв (біосенсорів) і інформаційно-вимірювальних систем на їх основі – є одним з новітніх наукових напрямків, що швидко розвиваються і, які об'єднують дослідження в найбільш передових галузях – біотехнологіях і інформаційних технологіях [1]. Розвиток біосенсорних технологій дозволить виробляти високочутливі, вибіркові, недорогі аналітичні прилади для оперативного виконання діагностики, екологічного та технологічного контролю.
До біосенсорів належать вимірювальні пристрої, в яких первинним перетво-рювачем вимірюваного параметра є селективний чутливий елемент, що містить біологічний матеріал, який вибірково реагує на присутність в досліджуваній ре-човині обумовленого компонента. В якості такого чутливого біологічного елемен-та можуть бути використані ферменти, тканини, бактерії, дріжджі, антиге-ни/антитіла, ліпосоми, органели, рецептори, ДНК. Біохімічний трансд'юсер вико-нує функцію розпізнавання, провадячи за рахунок біохімічної реакції певний фізичний ефект (оптичний, тепловий, акустичний, електрохімічний). Цей фізич-ний ефект породжує фізичний інформативний сигнал, що функціонально пов'яза-ний з концентрацією обумовленого компонента. Параметри цього сигналу вимірюють за допомогою електронних датчиків, перетворюючи їх у зручну для обробки й реєстрації форму. Конструктивно біосенсор являє собою комбінований пристрій, який складається з двох перетворювачів, - біохімічного й фізичного, що перебувають в тісному контакті один з одним [2 - 5].
Існує велика різноманітність фізичних перетворювачів, які можуть бути ви-користані в біосенсорах. Серед них можна виділити: групу електрохімічних перетворювачів, що утворена амперометричними [6, 7] і потенціометричними пе-ретворювачами [8]; кондуктометричні та інші перетворювачі параметрів елек-тричного імпедансу об'єкта контролю [9]; групу оптичних перетворювачів [10 – 12], що здатні реєструвати світлове випромінювання або зміну оптичних власти-востей; групу калориметричних перетворювачів [13], що придатні для вимірювання незначної кількості теплової енергії; групу акустичних перетво-рювачів, що призначені для вимірювання акустичних властивостей досліджувано-го об'єкта [2], п'єзоелектричні перетворювачі [14], механічні перетворювачі [15].
Можливості застосування тих або інших фізичних перетворювачів в біосенсорних пристроях обумовлені їх точністю, чутливістю і селективністю по відношенню до неінформативних впливів, простотою використання, можливістю реалізації ефективних методів вимірювань при кількісному аналізі різних речовин. З розвитком мікроелектронних технологій з'явилася можливість здешевлення, мініатюризації й інтеграції багатьох типів фізичних перетворювачів, а також створення перетворювачів з електронною схемою обробки сигналів на одному кристалі [16].
Подальше вдосконалення фізичних перетворювачів і пов'язаних з ними електронних вимірювальних каналів, розробка нових способів вимірювання величин украй слабких фізичних ефектів на фоні більших і нестабільних значень неінформативних параметрів досліджуваних об'єктів є ключовим питанням для створення практично–придатних біосенсорних приладів.
На даний момент опублікована величезна кількість робіт, у яких описані різні типи біосенсорів, що засновані на зазначених вище фізичних ефектах. Велика бібліографія цих робіт наведена в [2, 16, 17]. Серед них особливий інтерес представляють біосенсори, у яких вимірюваний фізичний ефект може бути перетворений у параметри електричного імпедансу (активний електричний опір, електрична ємність). Ці параметри можуть вимірюватись з дуже високою чутливістю за допомогою досить простої і компактної апаратури.
Для вимірювання кількості тепла, що виділилось в ході фізичного, хімічного або біологічного процесу, можуть бути використані термовимірювальні пристрої (калориметри) на основі термометрів опору. Їхня чутливість може досягати величин порядку 10-4 °С і вище.
Проте, до останнього часу не були реалізовані термобіосенсорні прилади з технічно-економічними характеристиками, що задовольняють практичні потреби і характеризуються серійнопридатністю. Це стосується масогабаритних і цінових характеристик, технологічності у виготовленні, способів виконання вимірювань (зокрема, їх оперативності), практично реалізованої роздільної здатності (з урахуванням впливу зовнішніх факторів). У доступній літературі дуже мало відомостей про дослідження в даному напрямку. У зв'язку з цим, актуальним завданням є розробка способів і засобів реєстрації гранично малих змін теплового стану речовини в біохімічному реакторі з високим ступенем інваріантності до змін зовнішніх теплових полів. Необхідне створення конструктивно простих, малогабаритних калориметрів, що забезпечують простоту експлуатації приладів, малий час підготовки й проведення вимірювань.
Незважаючи на наявні проблеми, розробка термобіосенсорних систем є акту-альним напрямком у зв'язку з перспективністю їх застосування в багатьох сферах, зокрема, в аналітичній хімії [18, 19], у медицині для імуноаналіза (для визначення інсуліну й альбуміну) [20], для клінічного аналізу (для визначення глюкози, сечо-вини, аскорбінової кислоти) [21] і для керованого медичного лікування [22], у харчовій промисловості, у моніторингу навколишнього середовища [21].
Взаємодія молекул досліджуваної речовини із селективним елементом біо-сенсора у вигляді адсорбуючої мембрани [23] може приводити до зміни деяких фізичних властивостей цього елемента, зокрема, за рахунок збільшення його щільності. Це приводить до росту діелектричної проникності матеріалу, а також до його розбухання за рахунок вбудовування молекул, що призводить до збіль-шення товщини. Таким чином, з'являється можливість визначення кількості аналіту за допомогою ємнісних датчиків, у яких мембрана представляє собою чутливий елемент, що відіграє роль діелектрика [24].
Цілий ряд біохімічних досліджень заснований на визначенні рівня флуорес-ценції й люмінесценції [25]. Принцип дії біосенсорів, що реалізують такі методи, заснований на реєстрації світлового випромінювання з різною довжиною хвилі, інформативними параметрами якого можуть бути інтенсивність, амплітудно-часові характеристики, геометричний розподіл у просторі, завдяки чому вони да-ють необхідну інформацію. У якості фізичних перетворювачів у цьому випадку можна використовувати різні оптоелектронні пристрої, зокрема фоторезистори [26]. Біосенсорні системи на основі таких перетворювачів можуть бути досить прості й при цьому мати дуже високу чутливість.
Для здійснення безперервного хіміко-аналітичного контролю виробництва, для визначення концентрації сольових розчинів, при очищенні й контролі якості води, для визначення слідів води в неводних розчинниках, газах, твердих солях, целюлозі, папері, зерні й т.п. застосовують кондуктометричні методи аналізу [16, 27, 28]. Ці методи аналізу є досить простими, зручними й точними, дозволяють вирішити ряд важливих науково-дослідних і виробничих завдань. Кондуктомет-ричні датчики мають ряд значних переваг порівняно з електрохімічними перетво-рювачами, а саме: відсутність необхідності в технологічно складному електроді порівняння; використання при роботі змінної напруги малої амплітуди, що дозво-ляє уникнути фарадеєвських процесів на електродах; відсутність світлочутливості (у відмінності від іон-селективних польових транзисторів); можливість мініатю-ризації й інтеграції при використанні недорогої тонкоплівкової стандартної тех-нології; дешевизна при масовім виробництві [16, 29].
Таким чином, існує ціла група фізичних ефектів, реєструвати параметри яких можна, використовуючи різні види імпедансних датчиків. Широко відомо, що за-стосування мостових методів вимірювання вихідних параметрів цих датчиків на змінному струмі може забезпечити дуже високу чутливість, точність і стабіль-ність вимірювань [30 – 32]. У той же час слід зазначити, що в біосенсорних сис-темах доцільно використовувати диференційні методи вимірювань і, відповідно, диференційні первинні фізичні перетворювачі (датчики). Функції перетворення таких мостових вимірювальних кіл мають певні особливості, пов'язані із впливом неінформативних факторів, які, у ряді випадків, недостатньо вивчені. У зв'язку із цим важливим завданням є розробка й практична реалізація як самих датчиків, так і недорогих, малогабаритних електронних вимірювальних модулів, які забез-печують високу чутливість вимірювань, стабільність результатів і їх інваріант-ність до впливу зовнішніх факторів (зміна температури, неінформативні парамет-ри датчиків і ліній зв'язку, електромагнітні завади, і т.д.).
З викладеного вище випливає необхідність вирішення наступних завдань:
розробка диференційних імпедансних перетворювачів інформативних пара-метрів фізичних ефектів, які засновані на визначенні активного опору, елек-тролітичної провідності й електричної ємності;
підвищення чутливості імпедансометричних вимірювальних каналів, їх стабільності й інваріантності до впливу неінформативних параметрів середо-вища та самих перетворювачів;
розробка нових вимірювальних приладів, що розраховані на роботу з диферен-ційними перетворювачами, які характеризуються чутливістю й стабільністю, завадостійкістю, простотою конструкції й технології виготовлення, невисокою вартістю, гарними експлуатаційними характеристиками.
Перераховані завдання багато в чому є загальними при розробках сенсорних систем з фізичними перетворювачами, орієнтованими на використання трансд’юсерів з різною природою інформативних фізичних величин. У даній ро-боті детально будуть досліджуватися вимірювальні пристрої термометричного й кондуктометричного типів. Такий вибір обумовлений тим, що дуже широке коло хімічних реакцій, які використовуються у біотрансд’юсерах є екзо- або ендо-термічними, або супроводжуються створенням вільних носіїв електричного заря-ду. Дана обставина пояснює затребуваність термо- і кондуктометричних приладів для розв'язку прикладних задач. З іншого боку, ці види пристроїв охоплюють вимірювання як активних, енергетичних фізичних величин (теплове або світлове електромагнітне випромінювання), так і пасивних (електропровідність, діелек-трична проникність і ін.), що дозволяє використовувати результати досліджень для реалізації біосенсорів на основі інших фізичних ефектів. Нарешті, результати розробок високочутливих термо- і кондуктометричних систем, крім створення но-вих біосенсорів, можуть широко використовуватися в багатьох інших галузях, у тому числі для розвитку енергозберігаючих технологій, систем технічної діагно-стики, в екології й медицині.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких відображені в дисертаційній роботі, виконувалися в рамках про-ведення фундаментальних і прикладних науково-дослідних робіт у період з 2004 по 2013 р. за темами:
"Розробка базисних електронних інформаційно-вимірювальних систем термо-біосенсорів" ("БІОСЕНСОР") (№ДР 0103U006713, за розпорядженням Президії НАН України №404 від 01.07.2003) (2003 - 2006 р.р.);
"Кондуктометрична біосенсорна система для аналізу сахаридів у харчовій промисловості. Розробка та реалізація експериментального зразку біосенсорної кондуктометричної системи" ("Біосенсор 2") (№ДР 0107U003158, за розпоряд-женням Президії НАН України №196 від 29.03.2007) (2007 - 2012 р.р.);
"Розробка та дослідна експлуатація портативного кондуктометричного біосен-сорного аналізатора сахаридів для харчової промисловості. Розробка електрон-ного модуля портативного кондуктометричного аналізатора", ("Біосенсор 3"), (№ДР 0113U005233, за постановою Президії НАН України № 280 від 26.12.2012, за розпорядженням Президії НАН України №109 від 18.02.2013) (2013 - 2017 р.р.).
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення методів вимірювань, структур, конструкції й режимів роботи термовимірюваль-них і кондуктометричних каналів у складі біосенсорних або інших вимірювальних систем з диференційними імпедансними датчиками.
Загальним змістом роботи є розробка способів і засобів вимірювань, які доз-волять підвищити роздільну здатність термовимірювальних приладів, мінімізува-ти вплив побічних факторів на результати визначення параметрів теплових про-цесів при біохімічних реакціях, а також підвищення чутливості й стабільності метрологічних характеристик кондуктометричних приладів із планарними дифе-ренційними кондуктометричними перетворювачами при вимірюванні змін елек-тропровідності рідких середовищ.
Для досягнення мети дослідження були поставлені й вирішені наступні зав-дання:
1. Розробити і дослідити удосконалені конструкції біосенсорних систем.
2. Дослідити характеристику перетворення термобіосенсорної системи, що осно-вана на реєстрації теплового потоку, мінімізувати вплив неінформативних па-раметрів.
3. Удосконалити конструкції диференційних термометричних перетворювачів для калориметричних систем.
4. Розробити методику розрахунку коефіцієнта перетворення чутливого елемента кондуктометричного сенсора, експериментально дослідити залежності коефіцієнту перетворення та параметрів схем заміщення планарних перетво-рювачів від їх конструкції і умов використання.
5. Теоретично і експериментально дослідити чутливісті мостових кіл з диферен-ційними кондуктометричними перетворювачами і підвищити стабільність їх коефіцієнта передачі.
6. Розробити вимірювальні кола для термометричних і кондуктометричних сис-тем із диференційними датчиками, що мають покращені метрологічні характе-ристики.
Об’єктом дослідження є процеси вимірювань в біосенсорних системах за допомогою високочутливих імпедансометричних засобів.
Предметом дослідження є імпедансометричні канали біосенсорних систем визначення теплового стану малих об’єктів і електропровідності рідких се-редовищ.
Методи дослідження, які були використані для розв'язку поставлених зав-дань ґрунтуються на теорії інформаційно-вимірювальної техніки, теорії електрич-них кіл, теорії функції комплексної змінної й конформних відображень, методах розрахунків електричних полів, основних законах електрохімії і теплофізики. Ви-користовувались методи комп'ютерного моделювання, фізичних експериментів на макетах та експериментальних зразках імпедансометричних систем. Достовірність отриманих наукових результатів підтверджена порівнянням теоретичних поло-жень з експериментальними даними.
Наукова новизна одержаних результатів:
1. Були розвинуті принципи побудови термобіосенсорного вимірювального кана-лу на основі мостових кіл змінного струму і реєстрації теплового потоку із зо-ни біохімічної реакції, що забезпечує багатократне підвищення його чутли-вості та стабільності. Розроблено новий принцип отримання інформативного сигналу за допомогою диференційного термоперетворювача опору. Розроблено способи одержання лінійної передавальної характеристики каналу незалежно від тривалості процесів тепловиділення;
2. Вперше запропоновано аналітичну модель та способи розрахунку величини саморозігріву мініатюрного диференційного датчика на основі термоперетво-рювача опору та отримано його теоретичні оцінки, які експериментально підтверджені. Доведена достатня інваріантність передавальної характеристики розробленої термобіосенсорної системи до саморозігріву чутливих елементів;
3. Дістали подальшого розвитку методи розрахунку коефіцієнта перетворення мініатюрного двохелектродного кондуктометричного перетворювача біосенсо-ра з гребеневою топологією, що враховують вплив крайових ефектів на крайніх електродах і торцях гребеневої структури, товщину і геометрію елек-тродів. На основі розрахунку запропоновано нову конфігурацію електродів;
4. Розроблено новий метод стабілізації чутливості мостових вимірювальних кіл з диференційними двоелектродними кондуктометричними датчиками, що грун-тується на компенсації падіння напруги на реактивній складовій імпедансу датчика. Встановлено фактори, що впливають на чутливість даного типу мос-тових кіл.
Практичне значення одержаних результатів:
1. Розроблено структурні, конструктивні і схемотехнічні рішення дозволяють створювати високочутливі портативні та недорогі біосенсорні прилади термо-метричного, кондуктометричного і деяких інших типів, які успішно апробо-вані, зокрема, для вирішення завдань ферментного аналізу.
2. Розроблені моделі для розрахунку коефіцієнта перетворення кондуктометрич-ного перетворювача дозволяють одержати його значення для обраної системи електродів і оптимізувати геометричні параметри останніх з метою досягнення максимальної чутливості. Методика розрахунку 5–и компонентної моделі гре-беневого кондуктометричного перетворювача дозволяє підвищити точність за-дання характеристик при проектуванні таких перетворювачів, використовувати при цьому як тонкоплівкові так і товстоплівкові технології нанесення елек-тродів.
3. Запропоновані схеми кондуктометричних мостових кіл із урівноважуванням і з регулюванням фази напруги живлення первинного перетворювача дозволяють зменшити до припустимих меж вплив неінформативних чинників на результа-ти вимірювань, одержати нормований прямий відлік по електричній провідності, у кілька раз підвищити чутливість приладів, знизити вимоги до параметрів датчиків, здешевити їх.
4. Реалізовано портативну термобіосенсорну систему, яка не має аналогів, з роздільною здатністю термовимірювального каналу порядку 10–4 К, що дозво-ляє вимірювати параметри теплових ефектів з енергією 1 мДж при масі аналіту 0,01 – 0,02 г. Вимірювальний канал цієї системи також може використовува-тись для вимірювань теплових потоків і дистанційного контролю температури.
5. Реалізовано і впроваджено в практичне використання кондуктометричну біо-сенсорну систему з розрізнювальною здатністю 0,01 мкСм.
Особистий внесок здобувача. У наукових працях зі співавторами, авторові дисертаційної роботи належить: в [84] – оцінка потенційної чутливості та розріз-нювальної здатності калориметричної біосенсрної системи; в [87] – виконано ос-новну частину експериментальних досліджень, розроблено методику калібруван-ня термометричного каналу; в [90] – одержання й аналіз експериментальних да-них, обґрунтування способів корекції передавальної характеристики термобіосен-сорної системи, оформлення результатів досліджень; в [91] – обґрунтування принципів побудови вимірювальних систем з мікроелектронними датчиками тем-ператури; в [93] – обґрунтування аналітичної моделі термовимірювального зонда й відповідного математичного апарата для розрахунків розподілу температур в елементах його конструкції, проведення експериментальних досліджень само-розігріву мініатюрних термометрів опору; в [100] – отримання діаграм відгуків на досліджувані теплові ефекти і характеристики перетворення калориметричної си-стеми; в [110] – отримання, обробка і аналіз експериментальних даних; в [112] – одержання розрахункових значень параметрів конструкції на основі математичної моделі; в [114] - викладення математичного апарата для розрахунків коефіці-єнта перетворення кондуктометричного датчика біосенсора, одержання експеримен-тальних даних, оформлення результатів; в [115] - викладення математичного апа-рата для розрахунків коефіцієнта перетворення кондуктометричного датчика біо-сенсора, одержання експериментальних даних, проведений аналіз частотних і концентраційних залежностей коефіцієнта перетворення кондуктометричних біо-сенсорів, оформлення результатів; в [116] – аналіз математичної моделі вимірювального кола, оформлення результатів досліджень; в [121] - отримання, обробка і аналіз експериментальних даних; [122] - аналіз математичної моделі вимірювального кола, оформлення результатів досліджень; в [123] - отримання діаграм відгуків на досліджувані теплові ефекти і характеристики перетворення калориметричної системи, обґрунтування способів корекції передавальної харак-теристики термобіосенсорної системи.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи були викладені в доповідях на 2-й Міжнародній науково-технічній конференції "Сен-сорна електроніка та мікросистемні технології" (Одеса – 2006), на Х Міжнародній конференції "Проблеми сучасної електротехніки" (Київ – 2008), на 3-й Міжнародній науково-технічній конференції "Сенсорна електроніка та мікроси-стемні технології" (Одеса – 2008), на 4-й Міжнародній науково-технічній конфе-ренції "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (Одеса – 2010).
Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 19 нау-кових працях, з них 9 у фахових наукових виданнях, опубліковані тези 5 до-повідей на науково-технічніх конференціях.
- Список литературы:
- ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. За допомогою імпедансометричних приладів можливе визначення параметрів широкого кола фізичних ефектів біохімічних реакцій, що мають характер як активних, енергетичних величин (електромагнітне випромінювання у вигляді тепла або видимого світла), так і пасивних величин, що характеризують склад і структуру речовини (електропровідність, діелектрична проникність). Перспективними шляхами реалізації імпедансометричних біосенсорних систем є використання диференційних методів вимірювань, мініатюрних тонкоплівкових імпедансних перетворювачів і компенсаційно-мостових вимірювальних кіл, що працюють на змінному струмі. Структура й принцип дії побудованих таким чином засобів має подібний характер для систем, які засновані на різних фізичних ефектах, що дозволяє уніфікувати й здешевити апаратуру. Біосенсорні системи термо- і кондуктометричного типів є перспективними напрямками для застосовування методів імпедансометрії.
2. Для вимірювань малої кількості теплоти, що виділяється в малій кількості речовини, може успішно застосовуватися розроблена калориметрична комірка, яка заснована на принципі реєстрації величини теплового потоку від об'єкта вимірювань. Високочутливий датчик теплового потоку може бути реалізований на основі двох мініатюрних тонкоплівкових термометрів опору, які ввімкнені за диференційною схемою в мостове вимірювальне коло змінного струму. Оцінні розрахунки й фізичне моделювання показали, що величина саморозігріву, таких термосенсоров у реальних конструкціях, має значення порядку 10-2 К. За рахунок диференційної схеми включення й близького розташування термочутливих елементів у датчику теплового потоку, вдається реалізувати роздільну здатність термовимірювального каналу порядку 10-4 К, що забезпечило реальну чутливість до зміни температури в реакторі термобіосенсора на рівні 10-3 К. Така чутливість дозволяє реєструвати виділення приблизно 1 мДж теплової енергії в 0,1 г аналіту, що задовольняє вимоги до чутливості термобіосенсорних систем. Лінійна функція перетворення по виділеній енергії (по кількості аналіту) отримується при інтегруванні значень нерівноважного теплового потоку (відгуку на реакцію). Для реакцій тривалістю до 10 – 20 секунд амплітуда відгуку пропорційна повній енергії, а при тривалостях більше 1 – 2 хвилини – потужності реакції (концентрації аналіту). При проміжних тривалостях інформативним параметром також може бути амплітудне значення відгуку, скоректоване з урахуванням енергії розсіяної в калориметрі до його досягнення.
3. Експериментальні дослідження планарних перетворювачів кондуктометричних біосенсорів (КБС) виявили складну залежність параметрів їх схеми заміщення від матеріалу й топології електродів, складу розчину, робочої частоти. Для високої відтворюваності результатів вимірювань необхідно забезпечити розрахунковість коефіцієнтів передачі і прийнятні значення параметрів схеми заміщення. Запропоновані методики розрахунків коефіцієнта перетворення КБС з використанням теорії функції комплексної змінної, інтеграла Кристоффеля-Шварца дозволяють оптимізувати геометричні розміри електродної системи за критеріями зменшення впливу неінформативних параметрів схеми заміщення перетворювачів та товщини дорогої ферментної мембрани. В оптимальному діапазоні частот (30 – 50 кГц) ця схема може бути прийнята послідовною, резистивно-ємнісною для найбільш широкого кола датчиків. На основі експериментальних досліджень установлено, що корисний сигнал КБС (приріст активної складової комплексного опору активного перетворювача) оптимально становить 1 - 2 % від значення самої складової; характер реактивності - ємнісний; tgφ в діапазоні частот 10 - 100 кГц переважно лежить в межах від 0,1 до 1. Отримані дані дозволяють сформулювати вимоги до розробки мостових кіл вимірювального каналу.
4. Крутизна характеристики перетворення раніш відомих вимірювальних каналів КБС має сильну залежність від значень фазового кута кондуктометричного перетворювача. Суттєво зменшити залежність чутливості приладів до величин, що не перевищують 20%, можна за рахунок компенсації спаду напруги на ємнісній складовій імпедансу датчика за допомогою запропонованих вимірювальних кіл. Ще більшого зменшення варіацій чутливості можна досягти використанням врівноважених по обом параметрам мостових кіл і застосуванням мостових кіл з амплітудним детектором вихідного сигналу.
5. Розглянуті в роботі структури імпедансометричних вимірювальних систем, конструкції калориметричних вимірювальних комірок і кондуктометричних перетворювачів, функціональні схеми вимірювальних каналів і принципові схеми мостових кіл з високим рівнем захисту від електромагнітних завад та впливу неінформативних параметрів їх елементів дозволили створити портативні й недорогі термометричні й кондуктометричні біосенсорні системи, що придатні для вирішення практичних завдань біохімічного аналізу.
6. Отримані результати знайшли практичне застосування в спільних розробках експериментальних зразків термобіосенсорної системи, виконаних Інститутом електродинаміки НАН Україні і Інститутом біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, де вони пройшли апробацію і використовуються для наукових досліджень, а також при створенні серії зразків кондуктометричного комплексу спільно з Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України, де вони використовуються для відпрацювання нових методів контролю промислових біотехнологій і розробок нових видів біосенсорів, в тому числі в рамках міжнародних наукових програм.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Стародуб Н. Ф. Биохимическая информационная система на термобиосенсорах / Н. Ф. Стародуб, В. Г. Мельник, А. Д. Василенко [та ін.] // Электроника и связь. – 2003. – № 20. – С. 132–135.
2. Биосенсоры: основы и приложения: Пер. с англ. / Под ред. Э. Тернера, И. Карубе, Дж. Уилсона. – М.: Мир, 1992. – 613 с.
3. Thévenot D. R. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification (Technical report) / D. R. Thévenot, K. Toth, R.A. Durst [and etc.] // Pure and Applied Chemistry. – 1999. – Vol. 71, No. 12. – P. 2333–2348.
4. Будников Г. К. Биосенсоры как новый тип аналитических устройств / Г. К. Будников // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – № 12. – С. 26–32.
5. Rodriguez–Mozaz S. Biosensors for environmental applications: future development trends / S. Rodriguez–Mozaz, M.–P. Marco, M. J. Lopez de Alda [and etc.] // Pure and Applied Chemistry. – 2004. – Vol. 76, No. 4. – P. 723–752.
6. Skladal P. Sensitive detection of pesticides using amperometric sensors based on cobalt phtalocyanine–modified electrodes and immobilized cholinesterases / P. Skladal, M. Mascini // Biosensors & Bioelectronics. – 1992. – Vol. 7. – P. 335–344.
7. Gorol E. V. Amperometric biosensors based on nafion coated screen–printed electrodes for the determination of cholinesterase inhibitors / E. V. Gorol, G. A. Evtugyn, J. – L. Marty [and etc.] // Talanta. – 2000. – Vol. 53. – P. 379–389.
8. Soldatkin A. P. New enzyme potentiometric sensor for hypochlorite species detection / A. P. Soldatkin, D. V. Gorchkov, C. Martelet [and etc.] // Sensors and Actuators, B. – 1997. – Vol. 43. – P. 99–104.
9. Dzyadevych S. V. Conductometric enzyme biosensors: theory, technology, application / S. V. Dzyadevych // Biopolymers and cell. – 2005. – Vol. 21, № 2. – P. 91–106.
10. Jonsson U. Real–time biospecific interaction analysis using surface Plasmon resonance and a sensor chip tehgnology / U. Jonsson, L. Fagerstam, B. Ivarsson // Biotechniques. – 1991. – Vol. 11. – P. 620–627.
11. Войтович І. Д. Інтелектуальні сенсори / І. Д. Войтович, В. М. Корсунський. — К. : РВВ Ін–ту кібернетики ім. В.М. Глушкова, 2007. — 513 с.
12. Озеров М. В. Розрахунок впливу параметрів плазмонопідтримуючої системи на характеристики ППР сенсора та розробка пристрою для ППР досліджень / М. В. Озеров, І. Д. Войтович, Т. С. Лебєдєва [та ін.] // Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій. – К.: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, 2006. – С. 173–179.
13. Компанец О. Н. Портативные оптические биосенсоры для определения биологически активных и токсичных соединений / О. Н. Компанец // Успехи физических наук. – 2004. – T. 174, № 6. – С. 686–690.
14. Sung J. H. Piezoelectric biosensor using olfactory receptor protein expressed in Escherichia coli / J. H. Sung, H. J. Ko, T. H. Park // Biosensors and Bioelectronics. – 2006. – Vol. 21, No. 10. – P. 1981–1986.
15. Бочаров Л. Ю. Состояние и перспективы развития микроэлектромеханических систем за рубежом / Л. Ю. Бочаров, П. П. Мальцев // Микросистемная техника. – 1999. – № 1. – С. 3–6.
16. Дзядевич С. В. Наукові та технологічні засади створення мініатюрних електрохімічних біосенсорів / С. В. Дзядевич, О. П. Солдаткин – К. : Наукова думка, 2006. – 256 с.
17. Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій / За ред. Г.В. Єльської, В.Д. Походенка. – К. : Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, 2006. – 408 с.
18. Mosbach K. Thermal biosensors / K. Mosbach // Biosensors & Bioelectronics, 1991. – Vol. 6. – P. 179–182.
19. Winkelmann M. Application of batch–calorimetry for the investigation of microbial activity / M. Winkelmann, R. Hüttl, G. Wolf // Thermochimica Acta. – 2004. – Vol. 415, Is. 1–2, P. 75–82.
20. Mecklenburg M. Enzymatic amplification of a flow–injected thermometric enzyme–linked immunoassay for human insulin / M. Mecklenburg, C. Lindbladh, H. Li [and etc.] // Analytical biochemistry. – 1993. – Vol. 212, No. 2. – P. 386–393.
21. Lammers F. Thermal biosensor in biotechnology / F. Lammers, T. Scheper // Advances in Biochemical Engineering: Biotechnology. – 1999. – Vol. 64. – P. 35–65.
22. Lammers F. On–line monitoring of enzyme–catalyzed biotransformations with biosensors / F. Lammers, T. Scheper // Enzyme and Microbial Technology. - 1997. – Vol. 20, No. 6. – P. 432–436.
23. Кочкодан В. М. Композитні матричні мембрани для селективного розпізнавання ендокринних токсикантів у водних середовищах / В. М. Кочкодан, B. B. Гончарук, H. Хілал [та ін.] // Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій. – К.: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, 2006. – С. 145–156.
24. Кочкодан В. М. Сенсорний датчик на основі композиційних імпрегнованих мембран для експресного визначення ендокринних токсикантів у воді / В. М. Кочкодан, В. Г. Мельник, О. Д. Василенко [та ін.] // Наукові записки. – 2008. – T. 79. – С. 14–18.
25. Грузіна Т. Г. Lux–біосистема для визначення іонів цинку / Т. Г. Грузіна, В. В. Вембер, З. Р. Ульберг // Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій. – К. : Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, 2006. – С. 35–40.
26. Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники / Б. С. Гершунский. – К. : Вища школа. 1989. – 423 с.
27. Лопатин Б. А. Теоретические основы электрохимических методов анализа / Б. А. Лопатин. – М. : Высшая школа, 1975. – 295 с.
28. Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине / В. С. Андреев. – М. : Медицина, 1973. – 335 с.
29. Dzyadevich S. V. Thin–films conductometric transducer for enzyme biosensor / S. V. Dzyadevich, A. A. Shul'ga, S. V. Patskovsky [and etc.] // Russian Journal of Electrochemistry. – 1994. – Vol. 30, № 8. – P. 887–891.
30. Гриневич Ф. Б. Автоматические мосты переменного тока / Ф. Гриневич ; [ответ. ред. чл.–кор. АН СССР К.Б. Карандеев]. – Новосибирск. : Редакц.–издат. отдел Сибирского отделения АН СССР, 1964. – 216 с.
31. Гриневич Ф. Б. Высокоточные вариационные измерительные системы переменного тока / Ф. Б. Гриневич, М. Н. Сурду ; АН УССР, Ин–т электродинамики. – К. : Наук. думка, 1989. – 189, [1] с. : ил. – (НТП : наука и технический прогресс).
32. Гриневич Ф. Б. Измерительные компенсационно–мостовые устройства с емкостными датчиками / Ф. Б. Гриневич, А. И. Новик. – К. : Наукова думка, 1987. – 109 с.
33. Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. Основы теории и применения / Дж. Плэмбек. – М. : Мир, 1985. – 504 с.
34. Яворский Б. М. Справочник по физике [Текст] : для инжен. и студ. ВУЗов / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – 3–е изд., испр. – М. : Наука, 1965. – 847 с.
35. Болтон У. Карманный справочник инженера–метролога / У. Болтон. – М. : Додэка–XXI, 2002. – 384 с.
36. Viveros L. A fluorescence–based biosensor for the detection of organophosphate pesticides and chemical warfare agents / L. Viveros, S. Palival, D. McCrae [and etc.] // Sensors and Actuators, B: Chemical. – 2005. – Vol. 115, Is. 1. – P. 150–157.
37. Мельник В. Г. Люминесцентные биосенсорные комплексы на основе унифицированных импедансометрических систем / В. Г. Мельник, А. Н. Шмырева, Н. Ф. Стародуб // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2007. – № 1. – С. 50–61.
38. Мельник В. Г. Електронний біолюмінесцентний прилад для визначення токсичних речовин / В. Г. Мельник, В. І. Назаренко, М. Ф. Стародуб [та ін.] // Электроника и связь. Темат. вып. "Проблемы электроники". – 2008. – № 3 – 4. – С. 110–114.
39. Мельник В. Г. Импедансометрические аппаратно–программные комплексы биосенсорных систем / В. Г. Мельник // Праці Інституту електродинаміки НАНУ. – 2006. – № 2. – С. 135–136.
40. Мост переменного тока Р5083. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
41. Михаль А. А. Метрологическое обеспечение измерений УЭП растворов в океанологических и промышленных измерениях / А. А. Михаль, М. Н. Сурду, Т. В. Швец // Украинский метрологический журнал. – 1998. – № 3. – С. 21–25.
42. Гриневич Ф. Б. О создании диагностических мостовых измерительно–информационных систем переменного тока и их применение в медицинской практике / Ф. Б. Гриневич, В. Г. Мельник // Технічна електродинаміка. – 2007. – № 2. – С. 64–67.
43. Мельник В. Импедансометрические измерительные преобразователи для биосенсорных систем / В. Мельник, А. Василенко // Электронные компоненты и системы. – 2008. – № 11. – С. 27–29.
44. Taylor D. Effect of cell geometry on conductance measurements in flow cells / D. Taylor, T. A. Nieman // Analytica Chimica Acta, 1984. – Vol. 159. – P. 397–400.
45. Бойко В. П. Ячейка для измерения электропроводности растворов / В. П. Бойко, Т. Я. – В. Бойко // Приборы и техника эксперимента. – 1992. – № 4. – С. 207–209.
46. Грилихес М. С. Контактная кондуктометрия / М. С. Грилихес, В. К. Филановский. – Л. : Химия, 1980. – 103 с.
47. Turner A. Current trends in biosensor research and development / A. Turner // Sensors and Actuators. – 1989. – Vol. 17, no. 3 – 4. – P. 433–450.
48. Дзядевич С. В. Тонкопленочный кондуктометрический датчик для ферментных биосенсоров / С. В. Дзядевич, A. A. Шульга, С. В. Пацковский [та ін.] // Электрохимия. – 1994. – Т. 30, № 8. – C. 982–987.
49. Кнеллер В. Ю. Определение параметров многоэлементных двухполюсников / В. Ю. Кнеллер, Л. П. Боровских. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.
50. Дзядевич С. В. Кондуктометричні ферментні біосенсори: 20–річний досвід роботи / С. В. Дзядевич, Г. В. Єльська : тези доповідей 3–ї Міжнар. наук.–техн. конф. "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (СЕМСТ – 3). – Одеса : Астропринт, національний університет ім. І.І. Мечнікова. – 2008. – С. 9.
51. McAdams E. T. Electrode–electrolyte impedance and polarisation / E. T. McAdams, J. Jossinet // Innov. Tech. Biol. Med. – 1991. – Vol. 12, № 1.– P. 11–20.
52. Olthuis W. New operational modes for the Ta2O5–based electrolyte conductance cell / W. Olthuis, A. Smith, R.A.J. van der Zalm [and etc.] // Sensors and Actuators, B. – 1994. – Vol. 18 –19. – P. 65–68.
53. Olthuis W. A new probe for measuring electrolytic conductance / W. Olthuis, A. Volanschi, J. G. Bomer [and etc.] // Sensors and Actuators, B. – 1994. – Vol. 13 –14. – P. 230–233.
54. Olthuis W. Planar interdigitated electrolyte–conductivity sensors on an insulating substrate covered with Ta2O5 / W. Olthuis, A. J. Sprenkels, J. G. Bomer [and etc.] // Sensors and Actuators, B. – 1997. – Vol. 43. – P. 211–216.
55. Бевза О. В. Термобіосенсори: особливості конструкції і функціонування та перспектива практичного використання їх / О. В. Бевза, О. М. Шмирьова, М. Ф. Стародуб // Український біохімічний журнал. – 2002. – T. 74. - № 2. – С. 10–20.
56. Анатычук Л. И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник / Л. И. Анатычук. – К. : Наукова думка, 1979. – 768 с.
57. Bjarnason B. A novel thermal biosensor: evaluation for determination of urea in serum / B. Bjarnason, P. Johansson, G. Johansson // Analytica Chimica Acta. – 1998. – Vol. 372, No. 3. – P. 341–348.
58. Xie B. Microbiosensor based on an integrated thermopile / B. Xie, M. Mecklenburg, B. Danielsson [and etc.] // Analytica Chimica Acta. – 1994. – Vol. 299. – P. 165–170.
59. Bataillard P. An integrated silicon thermopile as biosensor for the thermal monitoring of glucose, urea and penicillin / P. Bataillard, E. Steffgen, S. Haemmerli [and etc.] // Biosensors & Bioelectronics. – 1993. – Vol. 8, No. 2. – P. 89–98.
60. Xie B. Mini/micro thermal biosensors and other related devices for biochemical/clinical analysis and monitoring / B. Xie, K. Ramanathan, B. Danielsson // Trends in analytical chemistry. – 2000. – Vol. 19, No. 5. – P. 340–349.
61. Adamovsky S. Ultra–fast isothermal calorimetry using thin film sensors / S. Adamovsky, C. Schick // Thermochimica Acta. – 2004. – Vol. 415. – P. 1–7.
62. Паракуда В. Підвищення точності вимірювання температури вимірювальними каналами ВІС та АСК ТП за допомогою термоелектричних давачів у робочих умовах експлуатаціх / В. Паракуда, Б. Лисий, О. Сулима [та ін.] // Метрологія та прилади. – 2012. – № 6. – С. 31 – 33.
63. Резницкий Л. А. Калориметрия твердого тела (структурные, магнитные, электронные превращения) / Л. А. Резницкий. – М. : МГУ, 1981. – 184 с.
64. Mosbach K. An enzyme thermistor / K. Mosbach, B. Danielsson // Biochimica et Biophysica Acta – Enzymology. – 1974. – Vol. 364, No. 1. – P. 140–145.
65. Mattiasson B. Thermometric enzyme linked immunosorbent assay: TELISA / B. Mattiasson, C. Borrebaeck, B. Sanfridson [and etc.] // Biochimica et Biophysica Acta. – 1977. – Vol. 483, No. 2. – P. 221–227.
66. Danielsson B. Enzyme thermistors / B. Danielsson, K. Mosbach // Methods in enzymology. – 1988. – Vol. 137. – P. 181–197.
67. Mattiasson B. Enzyme thermistor analysis of heavy metal ions with use of immobilized urease / B. Mattiasson, B. Danielsson, C. Hermansson [and etc.] // FEBS Letters. – 1978. – Vol. 85, No. 2. – P. 203–206.
68. Hundeck H. – G. Four–channel enzyme thermistor system for process monitoring and control in biotechnology / H. – G. Hundeck, A. Sauerberei, U. Hunbner [and etc.] // Analytica Chimica Acta. – 1990. – Vol. 238. – P. 211–221.
69. Kirstein D. Higly sensitive enzyme thermistor determination of ADP and ATP by multiple recycling enzyme systems / D. Kirstein, B. Danielsson, F. Scheller [and etc.] // Biosensors. – 1989. – Vol. 4. – P. 231–239.
70. Lerchner J. A simple tool for the modeling of heat flow calorimeters / J. Lerchner, G. Wolf, C. Auguet [and etc.] // Thermochimica Acta. – 2004. – Vol. 415. – P. 9–13.
71. Kolb M. Analysis of Cyclodextrins using calorimetric biosensor / M. Kolb, B. Zentgraf, P. Arvidsson [and etc.] // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. – 1996. – 66. – P. 15–18.
72. Schmidt H. – L. Microcalorimetric methods for substrate determination in flow systems with immobilized enzymes / H. – L. Schmidt, G. Krisam, G. Grenner // Biochimica et Biophysica Acta. – 1976. – Vol. 429. – P. 283–290.
73. Urban G. The construction of microcalorimetric biosensors by use of high resolution thin–film thermistors / G. Urban, H. Kamper, A. Jachimowicz [and etc.] // Biosensors & Bioelectronics. – 1991. – Vol. 6, No. 3. – P. 275–280.
74. Xie B. Development of a thermal micro–biosensor fabricated on a silicon chip / B. Xie, B. Danielsson // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1992. – Vol. 6, No. 1 – 3. – P. 127–130.
75. Мельник В. Г. Биохимическая информационная система на термобиосенсорах / В. Г. Мельник, Н. Ф. Стародуб, А. Д. Василенко [и др.] // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2003. – Вип. 63. – С. 111–115.
76. Уокер В. Типовая химическая аппаратура / В. Уокер, В. Льюис, В. Мак–Адамс ; пер. под ред. проф. К.Ф. Павлова. – Л. : Онти–Химтеорет, 1935. – 595, [1] с.
77. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник / Пер. с англ. Заболотной Ю. А., под ред. Свинцова Е. Л. – М. : Техносфера, 2006. – 592 с.
78. Luis M. N. B. F. Santos. Measurement of enthalpies of sublimation by drop method in a Calvet type calorimeter: design and test of a new system / Luis M. N. B. F. Santos, Bernd Schröder, Oscar O. P. Fernandes [and etc.] // Thermochimica Acta. – 2004. – Vol. 415, Is. 1–2. – Pages 15–20.
79. Геращенко О. А. Тепловые и температурные измерения [Текст] : справочное руководство / О. А. Геращенко, В. Г. Федоров. – К. : Наукова думка, 1965. – 304 с.
80. Грищенко Т. Перетворювачі теплового потоку ті їх стандартизація / Т. Грищенко, Л. Декуша, Л. Воробйов // Метрологія та прилади. – 2012. – № 1. – С. 17 – 21.
81. Грищенко Т. Тепловий потік і методи його вимірювання / Т. Грищенко, Л. Декуша, Л. Воробйов // Метрологія та прилади. – 2009. – № 2. – С. 3 – 11.
82. Декуша Л. Квазідиференційний калориметр теплового потоку для визначення теплоти згоряння / Л. Декуша, Л. Воробйов, Т. Грищенко [та ін.] // Метрологія та прилади. – 2011. – № 5. – С. 27 – 31.
83. Мельник В. Г. Построение высокочувствительных термоизмерительных систем на основе мостовых схем с дифференциальными импедансными сенсорами / В. Г. Мельник // Зб. наук. праць. – К. : ІЕД НАНУ, 2005. – № 2 (11). – С. 102–103.
84. Назаренко В. І. Дослідження підходів до побудови біосенсорної системи на базі калориметричного приладу / В. І. Назаренко, М. І. Канюк, М. П. Рубанчук, В. Г. Мельник // Винахідник і раціоналізатор. – 2010. – № 4 (100). – С. 32–35.
85. Шмирєва О. М. Біосенсорні мікроелектронні системи / О. М. Шмирєва // Электроника и связь. – 2003. – № 19. – С. 116–120.
86. Мельник В. Г. Открытая сетевая информационно–измерительная система с реализацией обмена данными и управления по технологии "Клиент–сервер" / В. Г. Мельник, И. В. Лукина, А. В. Лысак [и др.] // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2006. – Ч. 3. – С. 113–118.
87. Мельник В. Г. Високочутливі термометричні системи для біомедичних та технологічних вимірювань / В. Г. Мельник, О. Д. Василенко, М. Ф. Стародуб, М. П. Медведенко // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2006. – Ч. 3. – C. 125–128.
88. Мельник В. Г. Про вибір принципів побудови мультиплексних контрольно–вимірювальних систем / В. Г. Мельник, О. Д. Василенко // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2002. – Ч. 2. – C. 108–112.
89. Мельник В. Г. Информационно – измерительная система с двухуровневыми измерительными терминалами для исследования быстропротекающих процес сов / В. Г. Мельник, А. Д. Василенко, И. М. Карпов // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2004. – Ч. 6. – C. 119–124.
90. Василенко О. Д. Біосенсорні комплекси на основі імпедансометричних інформаційно–вимірювальних систем / О. Д. Василенко, М. П. Медведенко, В. Г. Мельник, О. О. Міхаль, Л. М. Семеничева // Зб. наук. праць. – К. : ІЕД НАНУ, 2010. – Вип. 26. – С. 46–54.
91. Мельник В. Г. Термосенсорні системи на основі вимірювань параметрів теплових потоків / В. Г. Мельник, М. П. Рубанчук, Р. Г. Мелкумян // Зб. наук. праць Військового інституту Національного університету ім. Тараса Шевченка. – 2011. – № 33. – С. 167–171.
92. Зайцев Ю. В. Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи / Ю. В. Зайцев, В. С. Громов, Т. С. Григораш. – М. : Радио и связь, 1985. – 120 с.
93. Медведенко М. П. Исследование саморазогрева термометров сопротивления в высокочувствительных термоизмерительных системах / М. П. Медведенко, В. Г. Мельник // Технічна електродинаміка. – 2006. – № 3. – С. 66–73.
94. Алабовский А. Н. Техническая термодинамика и теплопередача / А. Н. Алабовский, И. Н. Недужий. – К. : Вища школа, 1990. – 256 с.
95. Швець І. Т. Теплотехніка / І. Т. Швець, В. І. Толубінський, М. Ф. Кіраковський [та ін.]. – К. : Вища школа, 1969. – 588 с.
96. Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5 т.: т. 4, Оптика. – М.: Наука, 1985. – 320 с.
97. Охотин В. С. Основы теплотехники / В. С. Охотин, В. Ф. Жидких, В. М. Лавыгин [и др.]. – М. : Высшая школа, 1984. – 216 с.
98. Кадыкова Г. Н. Материалы для производства изделий электронной техники / Г. Н. Кадыкова. – М. : Высшая школа, 1987. – 246 с.
99. Мельник В. Г. Исследование метрологических характеристик термобиосенсорной измерительной системы / В. Г. Мельник, М. П. Медведенко, Н. Ф. Василенко, А. Д. Василенко // Тези доповідей 2 – ї Міжнар. наук.–техн. конф. "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (СЕМСТ – 2). – Одеса : Hаціональний університет ім. І. І. Мечнікова – 2006. – С. 252.
100. Мельник В. Г. Метрологические исследования высокочувствительной интеллектуальной калориметрической системы / В. Г. Мельник, М. П. Рубанчук, В. А. Романов, Я. И. Лепих // Sensor Electronics and Microsystem Technologies. – 2011. – T. 2 (8) 1. – C. 94–99.
101. Лопатин Б. В. Кондуктометрия / Б. В. Лопатин. – Новосибирск: Сибирское отделение АН СССР, 1964. – 296 с.
102. Архипова В. М. Оптимізація основних характеристик кондуктометричних ферментних біосенсорів для аналізу реальних зразків : aвтореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. біол. наук : спец. 03.00.20 ’’Биотехнология’’ / В. М. Архипова. — К., 1998. — 19 с.
103. Карандеев К. Б. Обобщенная теория мостовых цепей переменного тока / К. Б. Карандеев, Г. А. Штамбергер. – Новосибирск: Сибирское отделение АН СССР, 1961. – 224 с.
104. Мельник В. Г. Исследование информативных параметров дифференциальных кондуктометрических биосенсоров / В. Г. Мельник, А. Д. Василенко, М. П. Медведенко, А. А. Михаль, А. А. Солдаткин // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2006 – Ч. 3. – С. 119 – 124.
105. Мельник В. Г. Экспериментальные исследования микроэлектронных датчиков для кондуктометрических биосенсорных систем / В. Г. Мельник, С. В. Дзядевич, А. В. Иващук [и др.] // Sensor Electronics and Microsystem Technologies. – 2011. – T. 2 (8) 3. – C. 81–90.
106. Иоссель Ю. Я. Расчет электрической емкости / Ю. Я. Иоссель, Э. С. Кочанов, М. Г. Струнский. – Л. : Энергоиздат, 1981. – 288 с.
107. Балабуха Л. И. Математический расчет некоторых полей электростатики / Л. И. Балабуха // Теоретическая и экспериментальная электротехника. – 1932. – №1–2. – С. 4–20.
108. Лаврентьев М. А. Методы теории функций комплексного переменного / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. – М. : Наука, 1965. – 716 с.
109. Табакс К. К. Расчет электрических полей для некоторых задач высокочастотного нагрева / К. К. Табакс // Труды московского энергетического института. Теоретические основы электротехники. – 1953. – №12. – С. 157–165.
110. Olthuis W. Theoretical and experimental determination of cell constants of planar–interdigitated electrolyte conductivity sensors / W. Olthuis, W. Streekstra, P. Bergveld // Sensors and Actuators, B. – 1995. – Vol. 24–25, №1–3. – P. 252–256.
111. G. R. Langereis. An integrated sensor system for monitoring washing processes / G. R. Langereis. – ISBN 90 – 365 – 1272 – 7. – 1999.
112. Левицкий А. С. Расчет коэффициента преобразования планарной системы электродов с гребенчатой геометрией / А. С. Левицкий, М. П. Медведенко, А. А. Михаль // Технічна електродинаміка. – 2006. – № 5. – С. 9–16.
113. Иоссель Ю. Я. Оценка емкостей в системах коаксиальных кольцевых электродов, расположенных на плоской границе двух диэлектрических сред / Ю. Я. Иоссель // Электричество. – 1982. – № 11. – С. 66–69.
114. Михаль А. А. Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора / А. А. Михаль, М. П. Рубанчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2007. – № 5. – С. 35–39.
115. Гребеньков И. Н. Оценка влияния приэлектродных процессов на коэффициент преобразования кондуктометрических биосенсоров / И. Н. Гребеньков, А. А. Михаль, М. П. Рубанчук // Технічна електродинаміка. Темат. вип. "Проблеми сучасної електротехніки". – 2008. – Ч. 5. – С. 113–116.
116. Мельник В. Г. Измерительные цепи для кондуктометрических преобразователей с дифференциальными двухэлектродными датчиками / В. Г. Мельник, М. П. Рубанчук, А. А. Михаль // Технічна електродинаміка. – 2008. – № 2. – С. 58–64.
117. Мельник В. Г. Об оптимизации конструкции и режима работы кондуктометрических биосенсоров / В. Г. Мельник, А. Д. Василенко, М. П. Медведенко, А. А. Михаль, А. А. Солдаткин // Тези доповідей 2 – ї Міжнар. наук.–техн. конф. "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (СЕМСТ – 2). – Одеса : Hаціональний університет ім. І. І. Мечнікова – 2006. – С. 253.
118. Новик А. И. Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока / А. И. Новик. – К. : Наукова думка, 1983. – 224 с.
119. А. с. 853560 СССР, МПК5 G 01 R 17/12. Автоматический мост переменного тока / М. Н. Сурду, О. А. Орнатский, В. Г. Мельник (СССР). – № 2847759/18-21 ; заявл. 30.11.79 ; опубл. 07.08.81, Бюл. № 29.
120. Мельник В. Г. Исследование чувствительности мостовой измерительной цепи с дифференциальным кондуктометрическим датчиком / В. Г. Мельник // Праці ІЕД НАНУ. – 2009. – Вип. 22. – C. 115-118.
121. Василенко А. Д. Стабилизация чувствительности дифференциальных кондуктометрических биосенсорных преобразователей / А. Д. Василенко, В. Г. Мельник, А. И. Hовик, М. П. Рубанчук // Технічна електродинаміка. – 2009. – № 4. – C. 66–71.
122. Василенко О. Д. Біосенсорні комплекси на основі імпедансометричних інформаційно–вимірювальних систем / О. Д. Василенко, В. Г. Мельник, О. О. Михаль, М. П. Медведенко, М. Ф. Стародуб // Дослідження у галузі сенсорних систем та технологій. – К. : Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, 2006. – С. 287–297.
123. Dzyadevych S. V. Four–channel biosensor’s analyzer of saccarides / S. V. Dzyadevych, A. P. Soldatkin. A. A. Soldatkin, V. N. Peshkova, A. D. Vasilenko, V. G. Melnik, A. A. Mikhal, L. N. Semenycheva, M. P. Rubanchuk // Sensor Electronics and Microsystem Technologies. – 2009. – № 3. – Р. 47–53.
- Стоимость доставки:
- 200.00 грн
