Измерительные эффекты, связанные с воздействиями

Измерительные эффекты при исследовании БЖС

Методические эффекты при исследовании БЖС

Классификация БЖС

Реологические свойства БЖС

Биологические жидкие среды

Биологические субстраты как объекты исследования

Биосубстраты

Тема 2.2

Три агрегатных состояния – твердое, жидкое, газообразное. Для каждого состояния различные методы анализа. Наиболее приемлемое состояние биосубстратов для изучения – жидкое. Это т.н. биологические жидкие среды (БЖС).

Примеры БЖС: кровь, спинномозговая жидкость; моча, вода и т.п.

Многие биосубстраты переводятся в форму БЖС.

Наивысшая сложность:

многокомпонентные структуры, часто многофазные, тонко структурированные, очень чувствительные к физико-химическим воздействиям.

Исследуются минимальные изменения их физико-химических свойств, при очень низких концентрациях активных веществ, на всевозможных фонах, в условиях дефицита и крайней лабильности.

Применяются мягкие, неразрушающие методы обращения с биопробами.

Основные параметры:

t – напряжение сдвига, напряжение внутреннего трения;

dw/dn – градиент скорости потока;

h – динамический коэффициент вязкости;

r – плотность жидкости.

Вязкость зависит от режима течения жидкости.

Число Рейнольдса: Rе=dw/n; n=h/r.

h_к – кажущаяся; h_п – пластическая вязкости.

По реологическим свойствам:

1. ньютоновские – t =-hdw/dn;

2. псевдопластические – t = -h(dw/dn)^m, m<1;

3. вязкопластические – t-t₀ = h_ndw/dn;

4. дилатантные – t = -h_k(dw/dn)^m, m>1;

5. тиксотропные,

6. реопектантные,

7. вязкоупругие.

Внутренние эффекты – происходят внутри клеток, молекул, ионов, ядер.

Внешние эффекты – связаны с дозированием, термостатированием, высушиванием, центрифугированием и т.п. процедурами на макроуровне.

Измеряемая физическая величина должна быть связана с изучаемым свойством или компонентами БЖС.

ИЭ зависят от вида методического эффекта.

БО - биообъект (организм);

БП - биопроба, взятая из БО;

П - параметры, характеризующие БП;

ФП - физические параметры, на которые реагирует ИП;

П* - параметры, не имеющие физического эквивалента;

{l} - порождающее поле, на которое реагирует ИП;

ИП - измерительный преобразователь;

ТП - трансформации БП;

РИ - результат измерения

Механическое воздействие:

1. механические: упругие деформации, изменение вязкости, коэффициента диффузии, параметров движения, поглощения и дисперсии звука;

2. тепловые: возникающие при изменении режима течения, эффекта объемной вязкости, экзо- и эндотермических процессов;

3. оптические: изменения оптической плотности, угла поворота плоскости поляризации, показателя преломления, коэффициентов рассеяния и отражения;

4. электрические: изменение электропроводности, диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь, электрокинетические эффекты;

5. биохимические, иммунохимические и микробиологические: изменения скорости реакций, характера массопереноса, фазовые превращения.

Тепловое воздействие:

1. механические: объемное расширение, термоконвекция, изменения скорости и дисперсии звука;

2. тепловые: вследствие излучения, фазовых переходов, испарения, сублимации, конденсации, плавления;

3. оптические: изменения оптической плотности, коэффициента светорассеяния и отражения, угла поворота плоскости поляризации, излучение света в следствие термолюминесценции;

4. электрические: изменение электропроводности, диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь;

5. магнитные: изменение магнитных свойств;

6. микробиологические: изменения характера активности микробных популяций, их иммунологической и биохимической активности.

Оптическое воздействие:

1. механические: например, световое давление;

2. тепловые: например изменение температуры среды результате интегрального или селективного поглощения света;

3. оптические: интерференция, изменение поляризации, спектральных и пространственных характеристик, фотолюминесценция, нелинейные эффекты;

4. электрические: внутренний, и внешний фотоэффекты, фотодиффузный эффект, изменение диэлектрической проницаемости;

5. химические, физико-химические: изменение агрегатного состояния, фотохимические реакции, фотоадсорбция;

6. биологические: явление фотосинтеза, повреждение клеток, белков, органических веществ.

Электрическое воздействие:

1. механические: электрострикция, электролиз, электрофорез, электроосмотические эффекты...;

2. тепловые: эффект Джоуля, нагрев диэлектриков в переменном поле, эффект Пелътъе;

3. оптические: круговой дихроизм, излучение света при разрядах, электролюминесценция, изменения показателей преломления, отражения, рассеяния;

4. электрические: поляризация электродов, изменение общего импеданса, дисперсия электропроводности;

5. магнитные: например, изменение индуктивности и добротности с изменением частоты поля;

6. химические, физико-химические: изменение скорости реакций, диссоциация, электрокоагуляция;

7. биологические: изменение активности микроорганизмов, возбуждение нервных клеток, стерилизация.

Магнитное воздействие:

1. механические: например, магнитострикция;

2. тепловые: магнетокалорический эффект;

3. оптические: изменения коэффициентов преломления, отражения, рассеяния, эффект Фарадея, двойное лучепреломление, дисперсия магнитооптического вращения, круговой дихроизм в продольном магнитном поле;

4. электрические: связанные с изменениями электропроводности и диэлектрической проницаемости;

5. магнитные: ядерный магнитный и электронный парамагнитный и другие резонансы;

6. химические, физико-химические и биологические: изучены еще не полно.

Воздействие проникающих излучений:

1. радиационно-химические: ионизация, выделение свободных радикалов, крекинг органических соединений, окисление, выделение газообразных продуктов, деструктуризация полимеров и сополимеров;

2. радиационные: например, испускание g-квантов в результате радиационного захвата нейтронов;

3. биологические: замедление роста, инактивация и гибель микроорганизмов, вирусов и клеток, нарушение синтеза белков и нуклеиновых кислот, генетические изменения.

Химические, физико-химические и биологические воздействия:

1. механические: изменения объема, давления, упругости, масс различных частей БЖС, скорости и дисперсии звука;

2. тепловые: изменение температуры;

3. оптические: изменения оптической плотности, коэффициентов рассеяния и отражения, спектральных характеристик люминесценции;

4. электрические: изменение пассивных электрических характеристик среды, изменения ЭДС гальванических элементов;

5. магнитные: изменение магнитных свойств

6. радиационные и радиационно-химические: появление радиоактивности, изотопный обмен.

Воздействия по стабилизации параметров биопроб:

1. Термостатирование – постоянство температуры.

2. pH-статирование – постоянство кислотности.

3. Баростатирование – постоянство давления.

4. Центрифугирование – разделение по массе.

5. Химические трансформации – преобразования веществ.

6. Герметизация с целью предотвращения доступа в исследуемую систему компонентов внешней среды.