Способ определения удельной электропрочности бислойных липидных мембран с заданной удельной емкостью Советский патент 1992 года по МПК G01N33/48 

На фиг..1 показана раздельная схема измерения проводимости и ем- кости на фиг. 2 - совместная схема} на фиг. 3 схема дифференциального усилителя.

Известен способ определения удельной электропроводности мембран, включающий формирование бислойной липид- ной мембраны, введение в окружающий мембрану солевой раствор мембраноактивного вещества-, приложение к мембране разности потенциалов и измерение тока через мембрану усилителем тока.

Удельную проводимость вычисляют по формуле

8ч

где U Vs

U

о:

выходное напряжение усилителя тока;

ROC сопротивление обратной связи.

Г°

СО

оз

В известном способе воспроизводимость величины gua. ухудшается за счет того, что вместо фактической площади мембраны в расчетной формуле участвует фиксированная площадь отверстия, на котором мембрана формируется.

Цель изобретения - повышение точ-| ности способа.

Цель достигается тем, что в спо- , собе, включающем Лорнирование би- слойной липидной мембраны и введение в окружающий мембрану солевой раствор мембраноактивного вещества, измеряют отношение проводимости мембраны gm к ее емкости с,™ и определяют проводимость мембраны по формуле

ёца §№ Г ) 33 см

где Смд удельная емкость.

Сущность изобретения заключается в измерении величины guq/cu не зависящей от площади бислойной части мембраны. Таким образом исключается влияние неконтролируемых вариаций этого параметра, ухудшающее воспроизводимость измерения gutj.

Пример 1. Раздельная схема измерения проводимости и емкости.

Измеряют проводимость мембраны на постоянном токе с помощью усилите- ля тока по формуле

„ - J xU-§, gmр и

где R

ос

R4C U6

- сопротивление связи}

ивых вых°Дное напряжение усилителя тока J

U6 - напряжение, подаваемое

на мембрану. Подключают мембрану в плечо резистивно-емкостного моста. Подают на мост гармоническое напряжение от генератора, причем частоту выбирают таким образом, чтобы емкостная прово- димость мембраны значительно превышала активную. Сигнал разбаланса подают на дифференциальный усилитель, далее на детектор и измерительный при бор (фиг.2). Балансируют мост с помощью потенциометров R и R по минимальному показанию измерительного прибора.

Емкость мембраны с... определяют по

формуле

W

с.-

Т

где R - сопротивление потенциометра при балансе моста, и вели- чину Блг1/ст.,

Удельную проводимость находят по Формуле

8чсГ %

Јlt

W mcm

Совместная схема измерения проводимости и емкости.,

Подключают мембрану в плечо рези- стивно-емкостного моста. Подают на мост гармоническое напряжение от генератора, причем частоту СО выби- - рают таким образом, чтобы емкостная проводимость мембраны значительно повышала активную.

Сигнал разбаланса подают на дифференциальный усилитель, затем на де- тектор и измерительный прибор (фиг.3)1 Балансируют мост по минимальному показанию измерительного прибора. Измеряют частому генератора &У и пов торно балансируют мост. Определяют величину

gm c(Rj - R%)

- Т Г

-т

Ј}1 QT2:

5

0

5

.

где R, и R - сопротивление потенциометра R при балансе на частоте СО и СО. Находят удельную проводимость по

формуле

ёП С№

импеданс системы мембрана - электроды равен

-4

I

Ъ

1 J. i гл f о

т

Rj. т - -- ---..--«.--. .

S 1 +

Для больших частот приближенно можно считать

П

R + + Л.

-ё И2с, Шст

Условия баланса для действительной и мнимой части импеданса имеют вид

R,

- Lf-б 4- - RA(U fi)«cЈ )

Rz

R

Сщ

50

jj

где R3 - сопротивление электродов.

Как видно, условие баланса по емкости не зависит от частоты. У§,- ловие баланса на частоте to равно

« Ir01 1

Из этих уравнений определяют Sn/c«i- Схема дифференциального усилителя.

5

Дифференциальный усилитель выполнен на трех операционных усилителях серии ЙОУДб (фиг.ЗК Постоянные ре- зисторы подобраны с точностью 0,1%. Питание операционных усилителей осуществляется от стабилизированного источника +9 8.

Схема обладает высокими входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала. Плата с дифференциальным усилителем и элементами моста с целью повышения точности баланса размещена в одном экранированном заземленном объеме с исследуемым объектом (мембраной).

Пример 2. Проверку работы измерительной схемы осуществляют на электрическом эквиваленте мембраны, представляющем собой цепочку из емкости сп - 29 пФ, зашунтирован- ной сопротивлением Rm - 3,01 МОм, и сопротивления R-J 3,3 кОм. Амплитуда измерительного напряжения ЮОмВ, частота 15,3 кГц. Указанный эквивалент присоединяют в плечо моста, подают в одну из диагоналей моста гармоническое напряжение, балансируют мост по минимуму напряжения в другой диагонали. При одноступенчатом регулировании отношения плеч . по грешность определения с составЛя- ет не более 2%. В емкостное плечо моста включен конденсатор С 512 мФ Отношение плеч при балансе составляет 0,58. Отсюда находят ст 295пФ

Все сопротивления и емкости предварительно откалиброваны с помощью универсального цифрового вольтметра В7-35 и моста переменного тока.

Пример 3. Способ осуществляв ют по мембране из лектина и холестерина. Мембрану формируют в растворе 2М КС1 при 23°С. Площадь отверстия, на котором формируют мембрану, составляет 7 Ю см2-; Электрический контакт мембраны с измерительной схемой осуществлялся с помощью неполяризующихся Ag/AgCl электродов с агаровыми мостиками. Амплитуда гармонического напряжения равна 100 м , частота 15,3 кГц. Напряжение постоянного тока 100 мВ, измерения на постоянном токе выполняют электрометрическим усилителем V5-9. Выходные напряжения усилителя и детектора дополнительно контролируют цифровым вольтметром , выходное напряжение дифференциального усилителя (переменное)

10

39293

дополнительно контролируют осциллографом С1-68.

Образуют мембрану, добавляют в качестве мембраноактивного вещества полиеновый антибиотик леворин, перемешивают, измеряют стационарную проводимость мембраны g как

1 Uemr

« iV

(обозначения в тексте заявки).

Включают мембрану в плечо моста, подают гармоническое напряжение, ба- 15- лансируют мост с помощью потенциометров R,, и RJ (фиг.2) до минимального показания измерительного прибора. Находят емкость мембраны по фор20 Муле Ст С |- -, где С 512 пФ - емR2кость в резистивно-емкостном плече

моста. Далее находят удельную проводимость B4/j. ГЛ6 5 10 Ф/смг. Опыт в одинаковых условиях повторяют L раза, причем в каждом опыте определяют также gun , как

g49 гле s площадь отверстия.

30 Результаты даны в табл.1 (RQC 10е Ом).

Как видно, удельная проводимость определена как отношение проводимости мембраны к номинальной площади

отверстия, сильно варьирует от опыта К опыту. Учет фактической площади мембраны значительно уменьшает этот разброс. Остаточная погрешность связана с погрешностью дозировки антибиотика, сорбцией его на капельках липидов и т.д.

Пример . В тех же условиях выполняют измерение по совместной

схеме. На частотах{0 6,26-10 (10 кГц) и СЭ 9,42-104 с (15 кГц) при балансе моста получены значения Rj 1611 Ом, R, « Й91 Ом. Вычисление проводят по формуле

--R3)

V .

отсюда g «п 2,Т910 Ом см , что близко к измеренной по раздельной схеме.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить воспроизводимость точность измерения удельной электропроводности мембраны.

7

Пример 5. Произйедено испытание предложенного способа с применением мембраноактивного вещества - полиенового антибиотика леворина. Мембрану Формируют на отверстии в тефлоновой ячейке диаметром 0,3 мм (площадь ) из смеси лети- цин - холестерин (удельная емкость Л/см ). Окружающий солевой раствор 1М КС1, температура 23°С, напряжение на мембране 100 мВ. Ток мембраны измеряют электрометрическим усилителем выходное направление которой регистрируют самописцем Н 306. Формируют мембрану и измеряют ее стационарную проводимость по Формуле

R

1 ос

-- Н8ь(

S %

Повторяют опыт еще 2 раза в тех же условиях, при одинаковой концентрации леворина. Во всех расчетах применены S 7 см2 (площадь от6,41 v

Рассчитывают 8иав те же условиях, но с учетом емкости мембран См.

Рассчитывают удельную проводимость по формуле

U -/ 1

верстия). Получают gun . Рассчитывг

i У., c&

f.r ,- X Ј

R

00

U,

m

10

29293 8

Получают g - 1,1040 3 + 0,075 см-1. В первом случае коэффициент вариации (отношение сред- , неквадратичное отклонение к среднему) равно 30,6%, во втором б,9% т.е. в последнем случае уменьшается разброс, повышается воспроизводи- мость.

Результаты исследований представлены в табл.2. Формул аи изобретения

Способ определения удельной электропроводности бислойных липидных мембран с заданной удельной емкостью, включающий формирование мембраны, введение в окружающий раствор мембраноактивного вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, проводят измерение электропроводности и емкости мембраны, а удельную электропроводность рассчитывают по формуле

15

20

SG

где G

, G.

SJfl

cw 1

- удельная электропровод- 9 ность мембраны; Gw - электропроводность мембраны $

с - емкость мембраны}- Суп - заданная удельная емкость мембраны.

Таблица 1

о

4

/И

Vs

-.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в фармакологии для определения удельной электропроводности бислойных ли- пидных мембран с заданной удельной емкостью при определении активности мембранотропных веществ. Цель изобретения - повышение точности способа. Способ включает Формирование мембраны, введение в окружающие ее растворы мембраноактивного вещества, определение отношения проводимости мембраны gmK ее емкости Cm и определение удельной электропр„овод- ности мембраны по формуле gua gm-cm/ctjg, где ci)9 - удельная емкость мембраны. 2 табл., 3 ил. Изобретение относится к биойи- зике, в частности к фармакологии, и может быть использовано для измерения удельной электропроводности бислойных липидных мембран при исследовании механизма действия и оценки активности мембранотропных веществ. о SS (Л

Г

Фиг.2

BXQfii

R3

-CZ3R2

R1

R3

вход 2

Фиг 3

Составитель С.Рябов Редактор А.КозоризТехред А.Кравчук Корректор М.Самборская

---Y- Заказ 2000ТиражПодписное

ВИНИЛИ Государственного комитета яо изобретениям и открытиям при ПСЯТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Фиг.1

W7

ФАЗ

ч- ВЬ/УОД

Яч