生物組織的電磁學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用課件

1、生物組織的電磁學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用孫 劍 飛什么是生物醫(yī)學(xué)工程生物醫(yī)學(xué)工程（Biomedical Engineering, BME）是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人的生理、病理過程，揭示人體的生命現(xiàn)象，并從工程角度解決防病治病問題的一門綜合性高技術(shù)學(xué)科。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是這樣一門學(xué)科：它把人體各個(gè)層次上的生命過程（包括病理過程）看作是一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)變化的過程；把工程學(xué)的理論和方法與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的理論和方法有機(jī)地結(jié)合起來去研究這類系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用各種工程技術(shù)手段，建立適宜的方法和裝置，以最有效的途徑，人為地控制這種變化，以達(dá)預(yù)定的目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的根本任務(wù)在于保障人類

2、健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。生物組織的電學(xué)性質(zhì)生物組織的基本單元是細(xì)胞可興奮的細(xì)胞（神經(jīng)、肌肉）有電活動(dòng)大量的細(xì)胞是不可興奮細(xì)胞產(chǎn)生原因是細(xì)胞膜對(duì)鈉、鉀離子通透性隨時(shí)間變化（靜息電位、動(dòng)作電位）、生物電阻抗組織電阻率（cm） 電導(dǎo)率組織電阻率（cm）電導(dǎo)率0.9%氯化鈉溶液50140脾630血清7078105正常乳房430全血1602305685乳癌170肌胳肌4707115890腎髓質(zhì)400心?。o血）50107皮質(zhì)610心肌（灌滿血）207224脂肪180822050.4肝506672690腦灰質(zhì)480肺（呼氣）401555白質(zhì)750肺（充氣）744766生物膜細(xì)胞被看為一個(gè)

3、球形電容一般情況下不考慮細(xì)胞的電感作用將各種組織和細(xì)胞的電阻抗摸擬成某種線路，并通過各種電學(xué)參量的測(cè)定值來解釋生物體的結(jié)構(gòu)和功能，這種方法被稱為生物電測(cè)技術(shù)。皮膚人造膜RinpCinp細(xì)胞懸液肌肉R1RmCmR2無髓鞘神經(jīng)軸突細(xì)胞ReReReRmRiCmRmRiRiCm阻 抗 模 擬 電 路神經(jīng)軸突的神經(jīng)傳導(dǎo)的電學(xué)模型?神經(jīng)細(xì)胞的構(gòu)造？用什么模型來描繪軸突？軸突對(duì)脈沖的傳導(dǎo)和放大？神經(jīng)傳導(dǎo)中的能量耗費(fèi)？問題一：生物物質(zhì)的介電特性研究應(yīng)從單個(gè)細(xì)胞到各種生物組織逐步進(jìn)行研究。 1）氨基酸溶液的分子極化規(guī)律可表示為 2）生物組織的介電性質(zhì)要用復(fù)介電常數(shù)和1分別為溶液和溶劑的介電常量，c為溶質(zhì)濃度；系

4、數(shù)定量表示電容率的增加，稱為電容率電增量。 實(shí)部為習(xí)慣意義上的相對(duì)介電常數(shù)，虛部為損耗因素，稱損耗角 3）生物組織的介電常數(shù)可以通過電容法來測(cè)定。 生命物質(zhì)的介電特性生物電勢(shì) 能斯特方程一、生物電勢(shì)的產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)證明，在所有用半透膜隔開的兩種或幾種以上的電解液，或電解液相同但濃度不同的膜兩側(cè)，都存在著電勢(shì)差，這種電勢(shì)差稱為跨膜電勢(shì)或膜電勢(shì)。 生物膜電勢(shì)擴(kuò)散電勢(shì) (最基本、最重要)吸附電勢(shì)電荷分布電勢(shì)氧化還原電勢(shì)二、擴(kuò)散電勢(shì)（能斯特電勢(shì)）單一離子的擴(kuò)散電勢(shì)設(shè)細(xì)胞膜兩側(cè)存在某種相同種類的正離子。膜內(nèi)離子濃度為ci (molm-3)，膜外離子濃度為co ，膜內(nèi)向膜外遷移的離子形成內(nèi)負(fù)外正的電場(chǎng)E+-E

5、在等溫條件下，1mol離子膜內(nèi)遷移到膜外，由濃度差引起的非靜電力做功為 非靜電力所做功應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為跨膜電勢(shì)能增加，即比較上面兩式得 此式即是著名的能斯特方程，它是經(jīng)典理論中計(jì)算擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)的基本方程。 其中q=ZF，Z為離子價(jià)（取絕對(duì)值），F(xiàn)為法拉第常數(shù)，F(xiàn)96500Cmol-1 若將自然對(duì)數(shù)變換為常用對(duì)數(shù)，在室溫下（27），單價(jià)離子的能斯特方程可簡(jiǎn)化為 多離子的擴(kuò)散電勢(shì)其中，D+n、D-k分別表示各種正負(fù)離子的通透系數(shù)，c+in、c+on和c-ik、c-ok分別為各種正、負(fù)離子在膜內(nèi)外的摩爾離子濃度。這就是著名的Gokdman-Hadgkin-Katz方程，簡(jiǎn)稱GHK方程三、靜息電勢(shì)和動(dòng)作電勢(shì)

6、靜息電勢(shì)名稱膜內(nèi)離子濃度（mmolL-1）膜外離子濃度（mmolL-1）離子類別Na+K+Cl-Na+K+Cl-槍烏賊軸突4941040.044022.0560烏賊軸突4336045017.0540蟹軸突5241026.051012.0540蚌縫匠肌151251.21102.677貓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元151509.01505.5125靜息電勢(shì)可由GHK方程計(jì)算 當(dāng)細(xì)胞不受外界影響，處于靜息狀態(tài)，其膜內(nèi)外因離子的濃度差導(dǎo)至產(chǎn)生電勢(shì)差。+100+50-100-500膜電勢(shì)（mv）時(shí)間（ms）對(duì)動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞，以及一些植物的敏感細(xì)胞受到外界刺激時(shí)，細(xì)胞跨膜電勢(shì)對(duì)外界的刺激會(huì)產(chǎn)生一定的反應(yīng)規(guī)律。細(xì)胞

7、受到刺激后的這種短暫的電勢(shì)差值，叫做動(dòng)作電勢(shì)，能夠產(chǎn)生這種動(dòng)作電勢(shì)的細(xì)胞叫做可興奮細(xì)胞。 動(dòng)作電勢(shì)應(yīng)用生物器官或組織對(duì)外界刺激作出反應(yīng)，如含羞草的敏感細(xì)胞受到刺激后，馬上產(chǎn)生動(dòng)作電勢(shì)，當(dāng)傳到葉座時(shí)，使葉座基部膨壓發(fā)生變化，引起葉柄下垂，小葉關(guān)閉。還有大型多核細(xì)胞的貍藻，其動(dòng)作電勢(shì)更為顯著。ECG理論心臟電活動(dòng)近似為一個(gè)隨時(shí)間變化的向量心臟是一個(gè)電偶極子電場(chǎng)隨心跳周期變化，從心房到心室或從起搏點(diǎn)到心肌Einthoven三角向量的構(gòu)成即具有強(qiáng)度，又具有方向性的電位幅度稱為心電向量至少需要兩個(gè)已知向量才能組成心偶極子向量三肢體導(dǎo)聯(lián)VI：RA-LAVII：RA-LLVIII：LA-LL標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)連體系

8、心電圖的形成原理?激動(dòng)擴(kuò)布的電偶學(xué)說容積導(dǎo)體概念導(dǎo)連的概念、構(gòu)成和發(fā)展導(dǎo)連和心電圖，概念、發(fā)展、應(yīng)用問題二：EEG的物質(zhì)基礎(chǔ)： 大腦神經(jīng)細(xì)胞（cell）或神經(jīng)元（neuron）、神經(jīng)遞質(zhì)（Neurotransmitter）、各種離子等。 神經(jīng)元是由細(xì)胞核(nucleus)，細(xì)胞體(cell body)，軸索(axon)，樹突（dendrites）和突觸(synapse)等所構(gòu)成的。 神經(jīng)元之間是通過突觸（神經(jīng)元間的接合處）間的化學(xué)物質(zhì)的傳遞和化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生活動(dòng)電流的方式來接受和傳遞信息的。 慢振蕩電流偶極子模型突觸后電位的電流強(qiáng)度隨著與突觸的距離增大按指數(shù) 減小，衰減長(zhǎng)度=0.1 0.2 mm

9、。在一定距離范圍內(nèi)，突觸后電位就象一個(gè)沿樹突取向的強(qiáng)度為 P =I的電流偶極子。目前，人們普遍認(rèn)為：腦電主要是由大腦皮質(zhì)錐體細(xì)胞頂樹突的突觸后電位總和形成的。研究意義 腦電(Electroencephalogram，EEG)是一種非平穩(wěn)信號(hào)，它的頻域特性的正確表達(dá)、相位信息的提取以及瞬態(tài)波形分析是當(dāng)前EEG信號(hào)研究中的熱點(diǎn)問題。在頻域分析方面，功率譜分析一直是人們常用的方法。功率譜分析能有效地展現(xiàn)信號(hào)的二階信息，卻丟失了相位信息和高階信息。 在大多情況下，這些信息對(duì)研究大腦電活動(dòng)的時(shí)空模型和不同功能狀態(tài)下大腦動(dòng)力學(xué)行為具有重要的意義。 抽象的信號(hào)被定義為信號(hào)數(shù)值的平方，也就是當(dāng)信號(hào)的負(fù)載為1歐

10、姆時(shí)的實(shí)際功率。平均值不為零的信號(hào)不是平方可積的，所以在這種情況下就沒有傅里葉變換。 由維納-辛欽定理，如果信號(hào)可以看作是平穩(wěn)隨機(jī)過程，功率譜密度就是是信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換 腦電的相位特性2 研究方法 以往的譜分析方法，如功率譜分析或雙譜分析，都有賴于信號(hào)的Fourier變換。雖然Fourier變換在頻域上是完全局部化了的(能把信號(hào)分解到每個(gè)頻率細(xì)節(jié))，但在時(shí)域上沒有任何局部分辨能力，這對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的局部分析十分不利。因此，F(xiàn)ourier變換不適合腦電分析。相比之下，小波變換具有良好的時(shí)頻局部化能力，能有效地提取非穩(wěn)信號(hào)的特征。對(duì)于非穩(wěn)定變化的信號(hào)，人們常常關(guān)心的不只是該信號(hào)的幅度細(xì)節(jié)，而

11、是更注重該信號(hào)在不同時(shí)刻的頻率和相位細(xì)節(jié)，這意味著小波變換有可能很適合腦電的相位分析。 3 基于Fourier變換的腦電相位譜 設(shè)X(n)表示一長(zhǎng)度為N點(diǎn)的離散時(shí)間序列，則離散Fourier變換的實(shí)部與虛部分別為 其中，(k)為對(duì)應(yīng)各離散頻率成分的相位 4 基于小波變換的腦電相位譜 設(shè)X(n)表示一長(zhǎng)度為N點(diǎn)的離散時(shí)間序列，則在尺度j上，離散小波分解為 5 基于主成分的腦電相位譜 把主成分分析（PCA）視為一種正交投影，則所有主成分則是所投影的正交空間中的向量。假設(shè)把一維腦電時(shí)間序列看成是由多個(gè)變量共同產(chǎn)生的結(jié)果，這符合腦電產(chǎn)生的生物物理過程，即腦電是大量腦神經(jīng)元群電活動(dòng)的集中表現(xiàn)。 由于各主

12、成分彼此不相關(guān)，因此所有主成分向量構(gòu)成一個(gè)多維的正交空間，使得我們可以在此正交空間來觀察腦電信號(hào)的相位變換。 鴿子回家許多人都知道，家里養(yǎng)的鴿子可以從離家?guī)资?、幾百甚至上千公里的地方飛回家里；燕子等候鳥每年都在春秋兩季分別從南方飛回北京，又從北方飛到南方；一些海龜從棲息的海灣游出幾百幾千公里后又能回到原來的棲息處。它們是如何辨別方向的？尤其是在茫茫的海洋上。難道它們也像人類航海時(shí)一樣使用指南針嗎？大量的和長(zhǎng)期的觀察研究表明，這些生物從原居處遠(yuǎn)行后再回到原居處，的確是與地球磁場(chǎng)有關(guān)的，或者可能有關(guān)的。我們來看看一些觀察研究的情況。 曾將兩組鴿子分別綁上強(qiáng)磁性的永磁鐵塊和弱磁性的銅塊，在遠(yuǎn)離鴿巢放

13、飛后，綁有銅塊的鴿子全部都飛回鴿巢，但大部分綁有永磁鐵的鴿子卻迷失方向而未返回鴿巢。這表明永磁鐵的磁場(chǎng)干擾，使鴿子不能識(shí)別地球磁場(chǎng)。又曾將一組鴿子放置在鴿巢和與鴿巢的地球磁場(chǎng)相同的地磁共軛點(diǎn)(距鴿巢數(shù)千公里)之間的中點(diǎn)處，放飛后這些鴿子大約有一半飛回原來的鴿巢，其余的鴿子卻飛到鴿巢的地球磁場(chǎng)共軛點(diǎn)處了。這表明鴿子是依靠地球磁場(chǎng)來識(shí)別鴿巢的。進(jìn)一步觀察研究發(fā)現(xiàn)鴿子頭部含有少量的強(qiáng)磁性物質(zhì)四氧化三鐵(Fe3O4)。我國古代的司南指南器就是利用天然磁鐵礦石制造的，其主要成分也是Fe3O4。但是鴿子是否是利用其頭部的Fe3O4導(dǎo)航(識(shí)別地球磁場(chǎng)方向)？又是如何利用Fe3O4導(dǎo)航的？這些都是需要進(jìn)一步研

14、究的問題。海龜回游對(duì)出生在美國東南海岸的一種海龜游動(dòng)進(jìn)行的觀察顯示在圖4中，幼海龜在大西洋中沿著順時(shí)針路線出游，經(jīng)過若干年后又能回到出生地產(chǎn)卵。這些海龜是依靠什么導(dǎo)航呢？有的觀察研究者認(rèn)為同地球磁場(chǎng)有關(guān)，并進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)研究。在裝有海水并加上人造磁場(chǎng)的大容器中，觀測(cè)到磁場(chǎng)的確影響海龜?shù)暮叫?。?dāng)人造磁場(chǎng)反向時(shí)，海龜?shù)挠蝿?dòng)也反向。這表明磁場(chǎng)是影響海龜?shù)暮叫械摹?魚也是一種對(duì)磁場(chǎng)十分敏感的生物。生物學(xué)家注意到魚類的間腦會(huì)對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生感覺。當(dāng)把魚放入它完全陌生的水域里，并且盡可能排出水溫、水流的干擾和影響，魚一般都會(huì)沿著磁力線的方向游動(dòng)。北美有一種鮭魚，它辨識(shí)路徑的能力是驚人的。這些鮭魚通常在北美阿拉

15、斯加到加利福尼亞的小溪里產(chǎn)卵。小魚孵出后，便成群結(jié)隊(duì)對(duì)地沿著小溪、小河游向太平洋。他們?cè)诤棋珶o際的太平洋里沿著逆時(shí)針方向環(huán)游了一個(gè)巨大的圈子之后，還能正確無誤地回到美洲，并尋找到原來的河道入口，再游經(jīng)小河、小溪最終返回故里。而這類鮭魚完全是依靠靈敏的磁羅盤來導(dǎo)航的。一次美國科學(xué)家奎恩湯姆在小河的岸邊放了一塊電磁鐵，當(dāng)成群的鮭魚游過磁鐵附近時(shí)，突然接通電源。奇跡出現(xiàn)了，這群鮭魚游向也突然改變了90度。磁性細(xì)菌的磁導(dǎo)航在20世紀(jì)70年代，一位美國博士生在研究細(xì)菌時(shí)偶然觀測(cè)到一種水生細(xì)菌總是朝北方和一定深度的水下游動(dòng)。這一奇特現(xiàn)象引起了他和后來更多的研究者的關(guān)注。對(duì)這種后來稱為磁性細(xì)菌或稱向磁性細(xì)菌

16、的大量的觀測(cè)和研究取得了許多重要的結(jié)果。首先，分別在北半球的美國、南半球的新西蘭和赤道附近的巴西對(duì)這種磁性細(xì)菌的觀測(cè)研究表明，這種磁性細(xì)菌在北半球是沿著地球磁場(chǎng)方向朝北和水下游動(dòng)，而在南半球卻是逆著地球磁場(chǎng)方向朝南和水下游動(dòng)，但在赤道附近則既有朝北游動(dòng)的，也有朝南游動(dòng)的。其次，由細(xì)菌體分析研究表明，在這種長(zhǎng)條形細(xì)菌體中，沿長(zhǎng)條軸線排列著大約20顆細(xì)黑粒，如圖5電子顯微鏡的放大像所示。這些細(xì)黑粒是直徑約50納米的強(qiáng)磁性Fe3O4。再其次，將這種細(xì)菌在不含鐵的培養(yǎng)液中培養(yǎng)幾代后，其后代體內(nèi)便不再含有Fe3O4細(xì)粒，同時(shí)也不再具有沿地球磁場(chǎng)游動(dòng)的向磁性了?？傊?，這些觀察、實(shí)驗(yàn)和研究表明，磁性細(xì)菌所表

17、現(xiàn)的沿地球磁場(chǎng)游動(dòng)的特性是同細(xì)菌體內(nèi)所含的強(qiáng)磁性Fe3O4(也可稱為鐵的鐵氧體)分不開的。 生物所表現(xiàn)出的磁現(xiàn)象。每個(gè)生物細(xì)胞可以看作一個(gè)微型電池，也可以看作一個(gè)微型磁極子。有人精確地測(cè)定了人體磁性活動(dòng)認(rèn)為，生物磁的來源可能有： （）生物電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)；（）生物磁性材料產(chǎn)生的感應(yīng)場(chǎng)，即生物活體組織內(nèi)的某些物質(zhì)具有 一定的磁性，它們?cè)诘卮艌?chǎng)或外界磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)； （）生物體內(nèi)強(qiáng)磁場(chǎng)物質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。磁現(xiàn)象確實(shí)很神奇，在生物世界里，磁是普遍存在的，對(duì)生物磁的研究，直接關(guān)系到人類生產(chǎn)、生活和健康。農(nóng)業(yè)上，磁化后的水和某些種子分別提高水的滲透能力和改變種子細(xì)胞膜的特性，從而提高作物產(chǎn)量。

18、在醫(yī)學(xué)上，蘇聯(lián)科學(xué)家在人的頭部周圍安置特別的脈沖電磁場(chǎng)，可使失眠者連續(xù)睡眠812小時(shí)?？茖W(xué)家預(yù)言，可用類似的方法治療精神錯(cuò)亂，也可以用來增強(qiáng)記憶和學(xué)習(xí)效率。對(duì)腦磁場(chǎng)的測(cè)定結(jié)果表明，睡覺時(shí)磁場(chǎng)最強(qiáng)。腦磁場(chǎng)圖很有希望像腦電圖一樣成為臨床診斷的重要手段，可以得到更多的腦部信息。此外，已有人試驗(yàn)用電磁場(chǎng)進(jìn)行局部麻醉、用藥物和磁場(chǎng)相結(jié)合的方法治療疾病。不久的將來，電磁療法將會(huì)像注射、服藥、手術(shù)那樣普遍采用。 磁性是物質(zhì)的基本屬性，就像物質(zhì)具有質(zhì)量和電性一樣。 換句更簡(jiǎn)單的話說就是： 一切物質(zhì)都具有磁性。 現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為物質(zhì)的磁性來源于組成物質(zhì)中原子的磁性原子中外層電子的軌道磁矩電子的自旋磁矩原子核的核磁矩

19、 原子的總磁矩應(yīng)是按照原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)規(guī)律將原子中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩相加起來的合磁矩磁共振是物質(zhì)磁矩系統(tǒng)在恒定磁場(chǎng)和一定頻率的交變磁場(chǎng)的同時(shí)作用下，且恒定磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)頻率滿足一定關(guān)系時(shí)，磁矩系統(tǒng)從交變磁場(chǎng)中吸收能量的現(xiàn)象。磁共振及其應(yīng)用電子順磁共振；（電子自旋共振）鐵磁共振；亞鐵磁共振；反鐵磁共振；核磁共振；生物磁場(chǎng)和磁場(chǎng)生物效應(yīng)簡(jiǎn)介 一、生物磁介質(zhì)及生物磁場(chǎng)生物磁介質(zhì)生物分子含有過渡族的金屬離子，如含有過渡族原子鐵、鈷、錳、鉬等生物分子。生物分子在氧化還原等生命過程中產(chǎn)生的自由基，如含鐵的血紅蛋白、肌紅蛋白和鐵蛋白等生物分子?？勾刨|(zhì)順磁質(zhì)鐵磁質(zhì)如，某些海水細(xì)菌、蜜蜂、鴿子、海豚

20、等動(dòng)物體內(nèi)均含有磁鐵礦物Fe304的微粒。 大多數(shù)生物大分子是各向異性的抗磁質(zhì)。如葉綠素分子、脫氧核糖核酸分子等。生物磁場(chǎng)產(chǎn)生的機(jī)理以生物電流方式產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，這也是生物磁場(chǎng)產(chǎn)生的一種主要方式。 生物材料內(nèi)部有磁鐵樣物質(zhì)(如Fe3O4和 -Fe2O3)的存在，形成的磁場(chǎng)。 生物材料本身不存在磁場(chǎng)，但在外加磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生一個(gè)誘發(fā)磁場(chǎng)。 以腦磁場(chǎng)為例對(duì)生物磁場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)理作以說明 生物磁場(chǎng)屬于弱磁場(chǎng)現(xiàn)代測(cè)量結(jié)果表明，生物磁場(chǎng)的強(qiáng)度為10-1010-13T， 磁場(chǎng)磁場(chǎng)來源 磁場(chǎng)強(qiáng)度(T)磁場(chǎng)頻率（Hz）人體磁場(chǎng)正常心臟約10-100.140受傷心臟約510-110正常腦(a節(jié)律)約510-13交變正常

21、腦(睡眠時(shí))約510-12交變腹部約10-120石棉礦工肺部約510-80骨胳肌約10-221100地球磁場(chǎng)地磁場(chǎng)約510-5高空、電離層及磁爆引起的波動(dòng)約510-810-7城市電磁干擾約510-7 人體器官磁場(chǎng)及地球磁場(chǎng) 生物磁效應(yīng)目前對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的劃分仍不統(tǒng)一，但一般認(rèn)為大于10mT為強(qiáng)磁場(chǎng)，小于1T為極弱磁場(chǎng)，介于兩者之間的為弱磁場(chǎng)。 弱磁生物效應(yīng) 1致癌作用 2致畸作用 3細(xì)胞效應(yīng)強(qiáng)磁生物效應(yīng) 1對(duì)心臟循環(huán)時(shí)間的影響 2對(duì)血栓的影響 3高頻磁場(chǎng)加熱治療癌癥 4強(qiáng)滅菌 電泳：懸浮于液體中的帶電固體粒子在外加直流電場(chǎng)作用下向一定電極的移動(dòng)現(xiàn)象。 電泳方法顯微電泳界面電泳區(qū)域移動(dòng)電泳（如紙上電

22、泳，明膠電泳、圓盤電泳等 ）細(xì)胞電泳: 生物組織可看作是由分散相（生物或人體細(xì)胞）和分散介質(zhì)（細(xì)胞外溶液）組成的多相系統(tǒng)，當(dāng)有直流電場(chǎng)作用時(shí)，生物和人體細(xì)胞將向一定的電極運(yùn)動(dòng)，這種沐浴于細(xì)胞外溶液的生物體細(xì)胞在直流電場(chǎng)作用下的移動(dòng)現(xiàn)象，稱為細(xì)胞電脈。而細(xì)胞移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)稱為細(xì)胞電動(dòng)電勢(shì)或Zeta電勢(shì) 。細(xì) 胞 電 泳細(xì)胞電泳的基本原理消度:單位電場(chǎng)強(qiáng)度下細(xì)胞或顆粒的移動(dòng)速率，定義為電泳率或消度 。一般表示為：W：消度，V：細(xì)胞或顆粒在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離E：表示電場(chǎng)強(qiáng)度 下面以帶有電荷Ze、且電荷均勻分布的球狀微粒為例，介紹細(xì)胞電泳的基本原理。 在場(chǎng)強(qiáng)為E的電場(chǎng)中，某帶電微粒受到電場(chǎng)力作用產(chǎn)

23、生運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力的大小為依據(jù)斯托克斯定理，黏滯阻力的作用大小為 由上兩式得消度為: 在實(shí)際中，顆粒并不完全是球形，因而顆粒的形狀對(duì)消度有很大的影響。 電動(dòng)電勢(shì)理論和實(shí)驗(yàn)表明，電動(dòng)電勢(shì)（Zeta電勢(shì) ）可用下式表示式中 表示電泳速度，E表示電場(chǎng)強(qiáng)度，表示黏滯系數(shù)， 表示電容率。 電動(dòng)電勢(shì)與電泳率（消度）成線性關(guān)系，與溶液的黏度和電容率有關(guān)，與細(xì)胞的大小和形狀無關(guān)。 影響電泳的因素幾個(gè)主要因素： 1）介質(zhì) 如果細(xì)胞周圍的溶液(或介質(zhì))不同，將會(huì)導(dǎo)致電泳率有很大差異。 2）電場(chǎng) 在不同的電場(chǎng)條件下，存在不同的熱效應(yīng)，加之電場(chǎng)對(duì)不同離子濃度的介質(zhì)作用會(huì)有不同的電流產(chǎn)生。在一般情況下，離子濃度越大，電流越大，離子運(yùn)動(dòng)越快，而細(xì)胞運(yùn)動(dòng)越慢，電泳率越低。 3）溫度和黏度 溫度