用于电流耦合型人体通信的有限元模型探究

目的:研究电流耦合型人体通信(Intra-Body Communication,IBC)的传输特性.方法:以人体通信中最常使用到的部位-人体手臂为着眼点,合理抽象并得到手臂的等效数学模型,进而使用有限元方法探究人体中电流分布机理.另外,通过给模型施加不同形式下电信号,比较分析人体的信道特性.结果:①在安全阚值内,注入人体电流大小对信号衰减影响不大;②信号衰减随着发送电极尺寸的增大而减小:③收发电极间距离愈大,信号衰减愈大;④人体通信电流主要流经肌肉层,不过随频率增大,集肤效应明显,在骨中的比例很小,足以忽略.结论:本文提出的人体手臂等效有限元模型,可以对电流耦合型人体通信的通信机理展开分析.     

脑电事件相关去同步化和同步化的神经元群模型

利用基于丘脑-皮层网络的神经元群模型,研究被试者在某种认知状态下脑功能区的连接状态。模型包括三个模块,分别对应脑电头皮电极C3、Cz、C4记录的三个皮质区。模型外部输入包括用高斯白噪声表示的上行传入感受器信号、用直流偏移表示的皮质对丘脑的兴奋性输入、用指数衰减表示的来自脑千和前脑基底神经元的调制信号。模型输出的兴奋性神经元群的平均膜电位反映脑电记录的局部电位。改变模型输入,进行多次仿真试验并进行线性和非线性分析。研究结果显示：仿真输出信号的alpha频带功率谱有与实际脑机接口实验一致的事件相关去同步化和同步化现象;模型中功能相近的区域间有更强的耦合,随着耦合强度的增加,输出信号间的相关性和同步性均增加。     

聚3，4乙烯二氧噻吩修饰的新型碳纳米管纤维电极及其电化学性能评价

目的 植入式脑机接口在神经疾病的治疗方面已经得到了广泛应用，治疗的效果依赖于与神经组织接触的电极。与刚性材料制作的电极相比，碳基微纤维电极尺度小、生物兼容性好、组织炎症反应小，可以减少植入后的异物反应，改善神经记录信号的信噪比，可以长期保持稳定的电极特性。方法 本文设计了一种柔性碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）纤维电极的修饰方法，该方法采用电化学聚合的方式可以将聚3,4-乙烯二氧噻吩（poly（3,4-ethylenedioxythiophene），PEDOT）薄膜沉积到CNTs纤维电极上，作为微电极涂层。为了证明修饰涂层在电极表面具有良好的机械稳定性，对修饰电极进行了超声处理。此外，本文将PEDOT薄膜沉积到ITO玻璃上，评价了PEDOT薄膜的生物相容性。结果 恒电流方式在CNTs纤维电极表面沉积的PEDOT涂层降低了电极的电化学阻抗，提高了电极的电化学性能，且PEDOT沉积的时间越长阻抗减少的幅度越明显。对电极进行超声处理后，电极的电化学阻抗没有产生显著变化，说明超声处理后PEDOT涂层剥离较少，证明了修饰涂层在电极表面具有良好的机械稳定性。最后，细胞实验表明，PEDOT薄膜具有与ITO导电玻璃相当的细胞相容性。结论 PEDOT薄膜可以提高CNTs纤维电极的稳定性，有望提高脑机接口系统的寿命和可靠性，具有应用于长时间记录神经电信号的前景。     

交感节后神经元的电压依从性离子电流

脊椎动物的交感节后神经元存在五种电压依从性离子电流:钠内向电流、钙内向电流、持续的钾外向电流、瞬时电流以及非失活性钾外向电流即 M 电流。前三种发生在膜除极到阈电位水平及进一步除极的情况下,发生迅速,离子电导值较大。瞬时电流产生于较负的膜电位水平,离子电导值小。M 电流在正常静息电位水平时已经发生,离子电导值小,对静息电位及神经元兴奋性的维持有一定的作用。     

固定云芝漆酶纳米金颗粒修饰金盘电极的制备及其对氧还原反应的生物电催化性能

利用1,6-己二硫醇作为联结剂将纳米金颗粒修饰到金盘电极上,再以L-半胱氨酸为修饰剂使纳米金颗粒功能化并进一步与漆酶充分作用,制备了固定漆酶的纳米金颗粒修饰金盘电极并以循环伏安法测试了其对氧还原的催化性能。实验结果表明:O2在该电极上还原电位约为-0.26 V(vs SCE),氧还原峰电流为3.0 uA(25℃),较文献[7]报导的固酶聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶修饰ITO电极的氧还原催化性能要优。(氧气还原电位:-0.26 V,vs NHE,峰电流:0.47 uA)进一步研究表明:本文制备的修饰电极稳定性好,适于长期使用而且热稳定性优于文献[7]报道的固酶聚异丙基丙烯酰胺水凝胶修饰ITO电极:50℃时在本文制备的纳米金修饰电极上氧还原峰电流仍保持为25℃时修饰电极上氧还原峰电流的40%左右。     

细胞固定化方法制备微藻光电极的研究

通过将微藻细胞固定在平面多孔碳纸上,制备微藻光电极,并在三电极体系电解液中加入电子介体进行测试,可产生与光照同步的光电流响应。考察了不同固定化方法、不同微藻及不同电子介体的光电流响应,结果表明硅溶胶-凝胶法制备的光电极光电流响应最佳,且对于亚心形四爿藻、金藻、莱茵衣藻、蛋白核小球藻、聚球藻等 5 种微藻都适用,表明该制备方法对不同微藻具有较好的通用性。电子介体的研究表明苯醌及其衍生物由于氧还电位较高,具有较好的阳极光电流响应特性,而甲基紫精氧还电位较低,具有较好的阴极光电流响应。     

细胞-场效应管传感器及其应用

细胞膜电位是由细胞膜内外两侧离子浓度差所产生的电位差,包含静息电位和动作电位.电压钳和膜片钳是细胞膜电位检测和记录的主要技术,电压钳的电极和膜片钳的玻璃管对细胞膜有刺激,并且不能对细胞进行在线监测和记录.细胞-场效应管传感器是一种用细胞膜电位通过场效应管栅极控制漏源电流,从而感受细胞膜电位的新型器件,具有对细胞膜无刺激、在线、长时程、实时等特点,是细胞膜电位检测和记录的新技术,可广泛应用于科学研究、药物开发、医疗器械、检验检疫、环境保护、公共安全等领域.本文主要介绍这种传感器的结构、转移特性、等效电路、制备工艺以及动作电位记录、细胞生长实时监测、细胞外分泌监测、肿瘤标志物检测等方面的应用.     

有限元法计算各向异性介质球头模型电位分布

在脑电正问题研究中,脑神经元所产生的电活动可用电流偶极子来模拟.本文提出把大脑看作各向异性介质球,即同时考虑电容效应、电导效应对脑内电流偶极子产生的电位的影响,并用有限元法推导出偶极子在各向异性介质球模型中的电位分布计算公式.结果表明介质的电容效应对电位分布是有影响的,反映了大脑活组织电特性,对外来不同频率的信号刺激有不同的响应.同时有限元法对大脑内某一区域内电位分布求解表明,测量较深层组织的电特性变化敏感的特点,可获得更多的测量信息.     

直链脂肪醇对豚鼠乳头肌慢动作电位的影响

本工作用相平面法观察和分析了乙醇、丁醇、己醇和辛醇对豚鼠乳头肌慢动作电位(APA,APD50,APD90,(?)_(max),(?)′_(max))及其所对应的钙电流(I_(max))和钾电流(I′_(max))的影响。结果表明:这四种脂肪醇对钙电流均有抑制作用,而对钾电流的影响,随碳原子数的加大从增强(乙醇)逐渐转化为削弱(已醇,辛醇)。并且碳链越长,产生这些效应所需脂肪醇的浓度越低,这提示醇的作用可能与它们的疏水性相关。     

微生物电极的研制及其阴、阳极反应的研究

本文描述了一个用于微生物浓度快速测定的燃料电池型的微生物电极的构造及其基本工作原理。分别用恒电流阴极极化法和旋转圆盘电极恒电位阳极极化法研究了微生物电极的阴极反应和阳极反应,用分光光度法研究了微生物对染料(硫堇)的还原动力学。结果表明;以K₃Fe(CN)₆-K₄ Fe(CN)₆,的饱和溶滚为阴极液,在微生物电极的正常工作电流下,阴极电位基本上不发生极化,阳极反应受扩散控制,微生物对染料(硫堇)的还原动力学符合米氏型方程 溶解氧,微生物的浓度以及微生物对染料的还原能力对染料的还原动力学具有较大的影响。