АПАРАТНО-ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ З ВИСОКОЮ МЕТРОЛОГІЧНОЮ НАДІЙНІСТЮ

Автор(и)

  • В. Г. Мельник Інститут електродинаміки Національної Академії наук України, Україна
  • С. В. Дзядевич Інститут молекулярної біології і генетики Національної Академії наук України, Україна
  • П. І. Борщев Інститут електродинаміки Національної Академії наук України, Україна
  • В. К. Беляєв Інститут електродинаміки Національної Академії наук України, Україна
  • О. Д. Василенко Інститут електродинаміки Національної Академії наук України, Україна
  • Ніколь Жаффрезік-Рено Інститут аналітичних наук, Університет Клода- Бернара Ліон 1, Україна

DOI:

https://doi.org/10.18524/1815-7459.2023.3.288160

Ключові слова:

кондуктометрія, мост змінного струму, балансування, дифференциальный сенсор

Анотація

У статті узагальнено та доповнено результати розробок методів та засобів підвищення достовірності диференціального вимірювання локальних змін електропровідності в розчинах електролітів за допомогою пари зустрічно-гребінчастих перетворювачів, які застосовуються в кондуктометричних біосенсорах. Метою роботи є глибше придушення похибки через вплив фонових змін у розчині при неповній ідентичності параметрів пари перетворювачів. Розглянуто суть питання, причини та механізм виникнення похибки, можливі шляхи її зменшення. Описано структуру та алгоритми роботи комп’ютерної біосенсорної системи з інтелектуальним модулем диференціального кондуктометричного каналу на основі моста змінного струму з балансуванням по модулю та фазі сигналу нерівноваги. Розроблено методи налаштування такого мосту в особливий стан квазірівноваги, при якому зміна фонової електропровідності не змінює його вихідний інформативний сигнал. Наведено результати експериментальних досліджень.

Посилання

Watson L. D., Maynard P., Cullen D. C., Sethi R. S., Brettle J., Lowe C. R. A microelectronic conductometric biosensor. Biosensors. 1987–1988. Vol. 3(2). Pp. 101–115. DOI: https://doi.org/10.1016/s0265-928x(87)80003-2

Janata J. Conductometric sensors. In: Principles of Chemical Sensors. Boston: Springer, 2009. Pp. 241–266. DOI: https://doi.org/10.1007/b136378

Adley C. C., Ryan M. P. Conductometric biosensors for high throughput screening of pathogens. In: High Throughput Screening for Food Safety Assessment: Biosensor Technologies, Hyperspectral Imaging and Practical Applications. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd, 2014. Pp. 315–326.

Perera G. S, Ahmed T., Heiss L., Walia S., Bhaskaran M., Sriram S. Rapid and selective biomarker detection with conductometric sensors. Nano-Micro Small. 2021. Vol. 17. Article 2005582. DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202005582

Braiek M., Djebbi M. A., Chateaux J-F., Jaffrezic-Renault N. A conductometric sensor for potassium detection in whole blood. Sensor and Actuators B: Chemical. 2016. Vol. 235. Pp. 27–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.05.050

Dzyadevych S. V. Conductometric enzyme biosensors: theory, technology, application – Bopolymers Cell – 2005. – Vol. 21. – No. 2. – P. 91–106.

Clark H. A. Double-ratio a.c. Bridges with inductively-coupled ratio arms / H. A. Clark, P. B. Vanderlin Proceedings of IEE, vol. 96, pt III, 1949, p. 189–210.

Nesterenko A. D. Osnovy rascheta jelektroizmeritel’nyh shem uravnoveshivanija – Kiev: Izd-vo AN USSR, 1953.

Marco Carminati. Advances in High-Resolution Microscale Impedance Sensors. Journal of Sensors. 2017. No 11. Pp. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/7638389

Surdu M. M., Monastyrskiy Z. Ya. Variational methods for improving the accuracy of immitance meters. Kyiv: Institute of Electrodynamics of NAS of Ukraine, 2015. 385 p.

Surdu M. Variational Calibration. IntechOpen, 2018. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.74220

Pokhodylo Ye. V., Khoma V. V. CLR-meters with imitance-voltage transformation. Lviv: Lviv Polytechnic, 2011. 292 p.

Sheppard N. F., Tucker R. C., Wu C. Electrical conductivity measurements using microfabricated interdigitated electrodes. Analytical Chemistry. 1993. Vol. 65(9). Pp. 1199–1202. DOI: https://doi.org/10.1021/ac00057a016

Grossi M., Riccò B. Electrical impedance spectroscopy (EIS) for biological analysis and food characterization: A review. J. Sens. Sens. Syst. 2017. No 6. Pp. 303–325. DOI: https://doi.org/10.5194/jsss-6-303-2017

Dzyadevych S. V., Soldatkіn O. P. Naukovі ta tehnologіchnі zasadi stvorennja mіnіatjurnih elektrohіmіchnih bіosensorіv. – K.: Naukova dumka, 2006.– 256 s.

Arkhypova V. M., Berezhetsky A. L., Shulga O. A., Chovelon J.-M., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V. Doslidzhennya ta optymizaciya konduktometrychnyx peretvoryuvachiv na osnovi planarnoyi texnolohiyi – Sensor Electronics and Microsystem Technologies. – 2005. – No. 2. – P. 48–54.

Melnyk V. G., Vasylenko A. D., Semenycheva L. N., Slitskiy O. V., Saiapina O. Y., Dzyadevych S. V. Solutions for enhancement of sensitivity and metrological reliability of conductometric biosensor systems. Engineering Research Express. 2021. Vol. 3. No 4. DOI: https://doi.org/10.1088/2631-8695/ac2a0d

Melnyk V. G., Dzyadevych S. V., Ivashchuk A. V., Ulyanova V. A., Lepikh Ya. I., Romanov V. O. The experimental studies of microelectronic transducers for conductometric biosensor systems. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2011. Vol. 8(3). Pp. 81–90. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2011.3.118131

Melnyk V. G., Vasilenko O. D., Dudchenko A. E., Pogrebnyak V. D. Research common mode rejection in conductometric biosensor system with differential sensors. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2014. Vol. 11(3). Pp. 49–61. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2014.3.108258

Melnyk V. G., Dzyadevych S. V., Novik A. I. , Pogrebnyak V. D., Slitskiy A. V., Lepikh Ya. I., Lenkov S. V., Procenko V. O. Ensuring of reliability of metrological characteristics of the conductometric systems with differential sensors. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2011. Vol. 8(4). P. 46–52. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2011.4.119304

Melnyk V. G., Borshchov P. I., Dzyadevych S. V., Saiapina O. Y., Vasylenko O. D. Increasing the sensitivity and metrological reliability of a differential conductometric biosensor system. Tekhnichna Electrodynamica. – 2021. – No. 6. – С. 68–78. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2021.06.068

Novickij S. P. , Pechnikov A. L. Povyshenie tochnosti ocenok parametrov issleduemyh ob”ektov impedans-chastotnym metodom. Science Bulletin of the NSTU Vol. 60, No.3, 2015, pp. 48–57. http://journals.nstu.ru/vestnik

Melnyk V. G., Onyshchenko I. V., Rubanchuk M. P., Slitskiy O. V. Differential conductometric system with improved suppression of common-mode interferences. Tekhnichna Electrodynamica. 2015. No. 2. P. 75–82. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137007

Melnyk V. G., Borschov P. I., Beliaev V. K., Vasylenko O. D., Lameko O. L., Slitskiy O. V. Improvement generating of the test signals for determination of the impedance parameters in wide frequency range. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2020. Vol. 17(2). Pp. 60–72. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2020.2.205825

Melnyk V. G., Borschov P. I., Beliaev V. K., Vasylenko O. D., Lameko O. L., Slitskiy O. V. Implementation and experimental research of the test and reference signals digital generators for impedance measurement in wide frequency band. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2020. Vol. 17(3). p. 27–39. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2020.3.212951

Melnyk V. G., Borshchov P. I., Dzyadevych S. V., Saiapina O. Y., Vasylenko O. D. Increasing the sensitivity and metrological reliability of a differential conductometric biosensor system. Tekhnichna electrodynamika. 2021. No 6. P. 68–78. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2021.06.068

Melnyk V. G., Borshchov P. I., Vasylenko O. D., Brahynets O. I. Optimization of balancing in a bridge measuring circuit with a differential conductometric sensor. Tekhnichna Electrodynamica. 2022. No. 4. p. 78–88. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.04.078

Borshchov P. I., Melnyk V. G. Reduction of influence of near-electrode charge transfer resistance in biosensor conductometric measuring transducers. Tekhnichna Electrodynamica. 2023. No. 2. p. 74–82. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2023.02.074

Melnyk V. G., Borshchov P. I., Vasylenko O. D, Lameko O. L, Dzyadevych S. V. Determination of faraday impedance parameters to increase accuracy in conductometry and obtain additional data. Sensor Electronics and Мicrosystem Technologies. 2022. Vol. 19, No. 3. p.38–52. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2022.3.265297

Arkhypova V. M., Soldatkin O. O., Soldatkin A. P., Dzyadevych S. V. Electroch emical biosensors based on enzyme inhibition effect. Chemical Records. – 2023. – https://doi.org/10.1002/tcr.202300214

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-09-20

Номер

Том 20 № 3 (2023)

Розділ

Сенсори та інформаційні системи

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право переходить Видавцю.