第三章生物医用电极.doc

生物医学电子学教案 主讲教师：蔺利峰第三章 生物医用电极一、简介：电极是连接测量系统和生物体不可缺少的元件，在任何电位测量或电刺激过程中，总要有一定的电流通过电极进入生物体和仪器，即使电位测量，也有很小电流通过。电流 导线 电子定向流动方式 生物体 带电离子的运动分类： 1、按工作性质分：检测电极：敏感元件 研究可兴奋组织传导和反应规律刺激电极：执行元件 向生物体内通入电流达到治疗疾病目的 控制或替代生物体某些功能（去颤器、心脏起博器）有时同一个电极兼有检测和刺激双重功能。 2、按电极大小和工作时所处的位置分： 体表电极宏电极 皮下电极 体内电极 植入电极微电极 二、极化现象 1、定义：在有电流流过电极/溶液界面时，电极电位从平衡电极电位E(0)变为一个新的、与电流密度有关的电极电位E(i)。把电极在有电流通过时的电极电位E(i)与没有电流通过时的平衡电极电位E(0)发生偏离的现象称为极化现象。 2、定量描述极化电压（超电压）E(i)E(0) 3、产生超电压的原因：通过电极双电压的电荷转移电荷转移超电压(t)反应物朝向电极的扩散和产物离开电极的扩散扩散超电压(d)电极上的化学反应反应超电压(r)电阻极化电阻超电压(R) 电解液的欧姆电阻、扩散层中的浓度梯度以及电极表面上表面 膜也都会引起电位变化。(t)+(d)+(r)+(R)三、电极极化对生物电位的检测和电刺激的影响NaCl 溶液 模拟 电极与生物体之间的导电液体电池E 模拟 电刺激的电源或检测系统输入级所需的偏置及漏泻电流、皮肤电反应的等效电压等电阻R 模拟 检测系统的输入阻抗当双刀三掷开关在位置1时，无电流通过电极 由于两电极所处的状态完全相同，所以两个电极电位相等。开关放在位置2时，电池E加到电极上，外加电压升高到一定值后，电阻R上有电压降产生，电解池回路中有电流通过。之后随时间增加，电流减小。之后将开关放在位置3上，测得与外加电动势极性相反的电动势存在，即左正右负。原因：阴极化学反应：由于产物不能很快扩散离开，阴极吸附氢气成为氢电极，电极附近OH-浓度增加。阳极化学反应：由于产物不能很快扩散离开，阳极吸附氧气成为氧电极，电极附近H+浓度增加。然而，O2有获得电子重新与周围多余H+结合生成水的趋势；H2有失去电子，重新与周围多余OH-结合生成水的趋势。给进一步通电流造成阻力。成为氧电极的银电极对外电路为正；成为氢电极的银电极对外电路为负 恰好与外接电池E相反。四、极化电极和非极化电极 1、极化电极：在给电极施加电压或通入电流时，在电极/电解液界面上无电荷通过，而有位移电流通过的电极。惰性金属Pt、Au、Ag电极，存在超电压，且随外加电压增大而增大。 2、非极化电极：不需要能量，电流能自动通过电极/电解质溶液界面的电极。甘汞电极、Ag/AgCl电极，此类电极不存在超电压。五、Ag/AgCl电极的制备： 1、烧结法：将纯净的银丝放在模具内，再填满银和氯化银粉末的混合物，用扳压机加压，压成圆柱体，然后从模具中取出，在400的温度下烘烤几个小时，便制成一个银导线四周包围着烧结的Ag和AgCl圆柱体的Ag/AgCl电极。这种方法制作的Ag/AgCl电极不怕磨损，便于保存，成本低，常作为体表电极用于记录心电、脑电和肌电等，在临床和基础研究中应用较为广泛。 2、电解法：要镀AgCl的银电极做阳极，电流密度约5mA/cm2为宜。阳极发生的化学反应：六、Ag/AgCl电极使用中应注意的问题： 1、由于AgC