2.7.4. Лабораторна робота №4 "Електрофоретичний метод визначення рухли­вості іонів"

Мета роботи: оволодіти методом електрофорезу для визначення рухливості іонів.

Обладнання: електрофоретична установка, буферний розчин-електроліт для ванни, електроліт для визначення рухливості іонів, секундомір, лінійка.

Контрольні питання для підготовки до лабораторної

роботи

1. Електричний струм і його основні характеристики.

2. Питома електропровідність. Закон Ома в диференціальній формі.

3. Електропровідність речовин. Рухливість та концентрація вільних носіїв.

4. Електрофорез та його використання.

Додаткова література

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М: Выс­шая школа, 1996.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики. - М.: Высшая школа. - С. 227-232.

3. Ремизов А.Н. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1976. — Ч. 2, с. 64-67.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: Выс­шая школа, 1987. - С. 286-290; 342-343.

Короткі теоретичні відомості

У грубому (але достатньому для наших цілей) набли­женні можна вважати, що на іон в електроліті діють дві си­ли: сила електричного поля - заряд іона, Е -напруженість електричного поля, і сила опору елек-троліта. Сила обумовлена дією молекул, які оточують іон; ця дія приводить до того, що іон, подібно до кульки у в'язкому середовищі, при своєму русі долає опір, величина якого пропорційна швидкості

Тільки в початковий момент часу іон рухається приско­рено, потім а рух іона між електродами можна роз­глядати як рівномірной і прямолінійний, тому

Пригадуючи означення рухливості бачимо, що

рухливість у нашому випадку дорівнює:

Установка для визначення рухливості іонів (мал. 2.65) являє собою електролітичну ванну (на схемі це посудини 5 і 6), заповнену електролітом. У ванні знаходяться електроди 1 і 4. На скляну пластину 3 накладається спеціальний папір 2 розмірами 2.5x40 см, змочений тим самим електролітом. Від джерела постійного струму до електродів підводиться напруга, яка вимірюється вольтметром.

Незначну кількість (0.005-0.01 мл) електроліту, рух­ливість іонів якого визначається, наносять на середину па­перової смужки (якщо електроліт безколірний, то фарбу­вання проводять після переміщення іонів в електричному полі).

Мал. 2.65. Мал. 2.66.

Для того щоб визначити рухливість іонів досліджувано­го електроліту, необхідно знати швидкість цих іоніві на­пруженість поляв якому вони переміщувалися. При за­миканні електричного кола іони починають переміщуватись по смужці фільтрувального паперу і за часякий фіксуєть­ся секундоміром, переміщуються на деяку відстань На мал. 2.66 показана електрофореграма: 1 - місце нанесення електроліту, який складається із трьох фракцій; 2, 3, 4 -місця знаходження фракцій після розділення в електрично­му полі. Вимірявши відповідні позиціїзнайдемо швид­кість:

Як відомо, або у випадку однорідного поля

де U - спад напруги, який вимірюється вольтметром, а l -відрізок, на якому відбувається спад напруги, в даному ви­падку - це довжина фільтрувального паперу, який лежить на скляній підкладці 3. Результати вимірювань підставимо в формулу:

b = v/E = xl/Ut.

Щоб запобігти висиханню фільтрувального паперу протягом досліду, пристрій розміщують під ковпаком, де створюється насичена пара.

Рухливість іонів - величина, характерна для даного ти­пу іонів. Тому за рухливістю можна визначити вид іона, або, якщо є суміш іонів, розділити їх в електричному полі.

У медицині електрофорез використовують для аналізу білкового складу сироватки крові. Фракції білків (альбумі­ни, α-,β-,γ-глобуліни) мають різні рухливості, тому можуть бути розділені електричним полем. Після отримання електрофореграм їх підсушують і фарбують спеціальними барв­никами. Якщо використати фотометричні методи для до­слідження електрофореграми, то можна знайти кількісні співвідношення між цими фракціями. Електрофорез вико­ристовують також для аналізу білкового складу шлункового соку, розділення нуклеїнових кислот, амінокислот та інших біологічно важливих речовин.

Хід роботи

1. Вивчити будову електрофоретичної установки ПВ ЕФ-1.

2. Регулювальними гвинтами встановити камеру гори­зонтально.

3. Залити буферним розчином.

4. Підготувати смужки хромографічного паперу (нарізати вздовж волокон смуги 25x400 мм, змочити бу­ферним розчином і закріпити так, щоб кінці смуг були опущені в буфер).

Ванну щільно закрити!

5. Через отвори в кришці нанести піпеткою досліджува­ний препарат.

Таблиця.

6. Підключити ванну до блока живлення (дотримува­тись полярності), увімкнути в мережу. Зафіксувати час, за який відбудеться помітне зміщення забарвленої смужки вздовж паперу. Виміряти їх і дані занести в таблицю.

Обробка результатів вимірювань

1. Розрахуйте рухливість.

2. Визначте похибку вимірювань.

Контрольні питання

1. Від чого залежить густина струму в провіднику?

2. Що є носіями електричного заряду в тканинах організму?

3. Знайти густину струму в електроліті, якщо концентрація іонів у ньому їх рухливості і напруженість електричного поля Вважаючи густину струму всюди однаковою, знайти силу струму, якщо площа кожного електрода Іони одновалентні.

4. Знайти кількість іонів йоду, які будуть введені пацієнту за 10 хв, при густині струму з електрода площею

РОЗДІЛ 3. ЕЛЕКТРОННА МЕДИЧНА АПАРАТУРА

"У міру поглиблення наших знань з біології ми зіткнемося з тим, що різниця між біоло­гією і електронікою буде все більше стира­тись".

Фрімен Дайсон

Електронна медична апаратура - один з основних роз­ділів дисципліни "Біофізика, інформатика і медична апара­тура". Значення глибоких знань і практичних навичок, які повинні мати випускники вищих медичних навчальних зак­ладів в області використання сучасної медичної апаратури для охорони здоров'я, важко переоцінити.

Нині в Україні склалося достатньо складне положення з підготовкою лікарів, які є спеціалістами в області викорис­тання сучасної електронної медичної техніки для діагнос­тики та терапії. Вищі медичні навчальні заклади практично не готують таких спеціалістів. У навчальних планах немає спеціальної дисципліни з сучасної медичної техніки. По суті тільки в цьому порівняно невеликому розділі курсу "Біофізика, інформатика і медична апаратура" студенти знайомляться з принципами роботи медапаратури. Та ще низка питань стосовно медапаратури викладаються в таких дисциплінах, як "Факультетська терапія з фізіотерапією", "Променева діагностика і променева терапія", "Радіаційна медицина" і в спецкурсах на вибір в субординатурі "Радіо­логія", "Клінічна лабораторна діагностика" та в деяких ін­ших.

Разом з тим необхідність в таких спеціалістах існує. Доцільність поглибленої підготовки студентів-медиків в об­ласті сучасної медичної апаратури випливає з таких факто­рів:

1. Кількість спеціалістів, діяльність яких пов'язана з медапаратурою і які працюють в медичних лікувальних закладах в розвинутих країнах, становить приблизно 20-30% від загального числа медичних робітників. У нас ця цифра значно менша.

2. Швидко зростає кількість і якість сучасних медичних приладів, які використовуються при діагностиці, лікуванні та профілактиці різних захворювань. Прикро, але випускни­ки вищих медичних навчальних закладів України ще слабко уявляють собі можливості і напрямки використання сучас­них електронних медичних апаратів і систем.

3. Зростає увага різних закордонних і вітчизняних, ко­мерційних і некомерційних організацій до діяльності, по­в'язаної з використанням сучасної медичної техніки. Ве­лика увага приділяється проблемам медичної техніки (біомедичної інженерії) вченими в різних країнах. Про це гово­рить принаймні той факт, що існує Всесвітня федерація медичної і біологічної інженерії, яка кожного року прово­дить міжнародні симпозіуми, а раз на три роки - Всесвітні конгреси з медичної фізики і біомедичної інженерії. Влітку 2000 року відбудеться вже IX подібний конгрес.

У Національному медичному університеті імені О.О. Богомольця спільно з іншими провідними вузами України (Національним технічним університетом України "Київський політехнічний інститут", Київським університе­том імені Тараса Шевченка, Київським міжнародним уні­верситетом цивільної авіації та іншими) розпочата велика і складна робота, яка має за свою кінцеву мету підняти рі­вень використання сучасної медичної техніки для охорони здоров'я населення України, а саме:

- забезпечити поглиблену підготовку лікарів в області використання сучасної медапаратури для діагностики, про­філактики і лікування різних захворювань;

- забезпечити поглиблену підготовку спеціалістів з ви­щою інженерно-технічною й університетською освітою в області проектування, експлуатації і ремонту сучасної мед­апаратури.

У даному розділі містяться короткі теоретичні відомос­ті про медичну апаратуру (класифікація медапаратури, техніка безпеки при роботі з нею, технічні характеристики медапаратури, питання взаємодії фізичних полів з біооб'єк­тами), методичні розробки лабораторних робіт з циклу "Електронна медична апаратура", перелік контрольних пи­тань і завдань для самостійної роботи студентів.