|
 |
|||
 |
|
| |
|
|
В наших исследованиях используются платиновые полярографические микроэлектроды с общим диаметром кончика, включая стеклянную изоляцию, 3-5 мкм (рис.1). Все микроэлектроды имеют на кончике рецесс (recess - ниша, выемка), что существенно улучшает их функциональные характеристики (рис.2).
Процесс изготовление микроэлектродов состоит из нескольких этапов:
В основе заточки платиновых кончиков лежит процесс электрохимического травления платины в слабом растворе электролита под действием тока переменного напряжения. На рис.3 приведено схематическое изображение основного узла устройства.
Его основу составляет стеклянный капилляр (1), помещенный в графитовый корпус (2). В капилляр вводится предварительно намотанная на бобину платиновая проволока (1) диаметром 30 мкм так, чтобы ее конец выступал на 13-15 мм за пределы капилляра. Устройство с платиновой проволокой погружается в 3% р-р KNO3 до обеспечения контакта с графитовым корпусом. На платиновую проволоку и графитовый корпус, являющимися электродами ячейки, подается переменное напряжение (50 гц), регулируемое переменным резистором R.
При подаче на ячейку напряжения начинается процесс электрохимического травления платины, сопровождаемый выделением пузырьков газа. Величина протекаемого в цепи тока регулируется реохордом R . Сили тока устанавливается около 120-140 мА. Процесс растворения платины идет наиболее интенсивно в области торца ячейки, где расстояние между электродами (графитом и проволокой) минимально. В результате травления в этой области наблюдается постепенное истончение платиновой проволоки. Для того, чтобы получить платиновые кончики с диаметром около 1 мкм необходимо постепенно снижать силу тока ( до 1 мА и ниже) таким образом, чтобы отрыв заостренного кончика произошел под действием собственного веса, а не в результате пережигания проволоки протекаемым током. Процесс заточки контролируется визуально с помощью бинокулярной лупы МБС-2.
 СВАРКА ПЛАТИНОВОГО КОНЧИКА С МЕДНЫМ ВЫВОДОМ
Надежным и достаточно простым собом является приварка платинового кончика к медному выводу (проволока диам. 0.1 мм, длиной 70 мм) в пламени микрогорелки (миниатюрная спиртовка, - рис.5). Вкратце, суть процесса состоит в следующем. Незаточенный конец платинового кончика с помощью пинцета приводится в соприкосновение с концом медной проволоки. Оба этих конца кратковременно вводятся в пламя горелки. Плавящаяся медная проволока надежно сваривается с платиновым кончиком.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОПИПЕТОК
Стеклянную микропипетку – корпус микроэлектрода, изготавливаем на стандартном устройстве для вытяжки стеклянных капилляров (модель МЭ-4, производство эксп. мастерских Института физиологии им. А. Богомольца, Украина). Используются тщательно отмытые стеклянные трубки (бор-силикатное или молибденовое стекло) с внешним диаметром 2 мм и толщиной стенок 0.2 мм. Режим вытяжки подбирается так, чтобы внешний диаметр капилляра, на расстоянии около 15 мм от зоны перетяжки (там, где платиновый кончик будет свариваться со стеклом), составлял не более 50-80 мкм. Далее в стеклянную микропипетку вводится платиновый кончик с медным выводом (контроль с помощью бинокулярного микроскопа) до упора медного шарика в зону перетяжки стеклянного капилляра. Заготовка помещается в микрокузницу, где и осуществляется осаждение слоя расплавленного стекла на платиновый кончик микроэлектрода.
ВВЕДЕНИЕ ПЛАТИНОВОГО КОНЧИКА В СТЕКЛЯННУЮ МИКРОПИПЕТКУ
С помощью беличьей кисточки осторожно выравнивается проволока платинового кончика. Под контролем бинокулярной лупы платиновый кончик вводится до упора в стеклянную микропипетку (рис.6). Если при этом произошел загиб (залом) платинового кончика, заготовка извлекается из микропипетки, кончик распрямляется, после чего процедура введения повторяется. При определенном навыке, частота заломов кончика не превышает 7-10%.
Процесс осаждения стекла на платиновый кончик является одним из важнейших этапов изготовления pO2 микроэлектрода. Качество стеклянного покрытия критическим образом определяет качество микроэлектрода как датчика кислорода. В идеале толщина слоя осаждаемого на платину стекла должна составлять на самом кончике около 1 мкм, постепенно увеличиваясь в зависимости от требований, предъявляемых к жесткости кончика. Тем самым обеспечивается надежная электрическая изоляция боковой поверхности при сохранении минимальных размеров кончика микроэлектрода. Процесс осаждения стекла осуществляется под визуальным контролем (микроскоп МБР-1, объектив ?8 , окуляр ?10-15). Микрокузница должна обеспечивать возможность регулировки температуры спирали и перемещения заготовки относительно спирали. Микроэлектрод должен быть позиционирован (и смещаться) строго вертикально. На рис.7А представлено схематическое изображение процесса осаждения стекла на платиновый кончик микроэлектрода, на рис 7Б – микрофотография стеклянного капилляра и платинового кончика с медным выводом, установленных в микрокузнице. Похожий способ изоляции боковой поверхности микроэлектрода стеклом был представлен в литературе ранее [Демченко, Чуйкин,1975]. Следует отметить, что режим изоляции микроэлектрода стеклом должен подбираться в каждом конкретном случае экспериментальным путем, поскольку зависит от целого ряда факторов (диаметр петли спирали, характеристики стекла и др.).
Стеклянная микропипетка с введенным в нее платиновым кончиком и медным выводом помещается в микрокузницу специальной конструкции (рис.7). Микрокузница представляет собой устройство, состоящее из платиновой
При подаче на спираль напряжения стеклянная пипетка в зоне нагрева размягчается и под воздействием груза массой mгр начинает истончаться. Регулируя точку начального разогрева стеклянной микропипетки, скорость перемещения микроэлектрода относительно спирали, t° спирали и массу груза mгр можно достичь различной толщины покрытия кончика стеклом.
Сразу же после изоляции кончика стеклом следует, с помощью расплавленной канифоли, зафиксировать медный вывод относительно корпуса электрода (рис.9).
После изоляции стеклом платинового кончика необходимо заточить торец микроэлектрода (т.е. снять с него слой изолирующего стекла). Заточка осуществляется с помощью специального устройства, состоящего из микроскопа МБР-1, микроманипуляторного столика ММ-1 и сбалансированного на оси шарикоподшипника (рис.10).
На боковую поверхность шарикоподшипника наносится тонкий слой абразива (паста ГОИ с вазелиновым маслом). Под контролем микроскопа с помощью 3-х координатного микроманипулятора кончик микроэлектрода подводится, на расстояние 10-50 мкм, к боковой поверхности шарикоподшипника. Включается вращение шарикоподшипника. С помощью микроманипулятора микроэлектрод приводится в соприкосновение с боковой поверхностью шарикоподшипника до требуемой степени заточки торца. Варьируя угол контакта микроэлектрода с поверхностью подшипника, можно задавать угол заточки торца (нормальные значения 30-40 °). Рецесс на кончика микроэлектрода изготавливается путем электро-химического растворения платины. Кончик pO2 микроэлектрода помещается в специальную ванночку, в корпус которой вмонтирован серебрянный опорный электрод. Ванночка заполнена 3% раствором KNO3. На микроэлектрод подается напряжение переменного тока (визуальный контроль обязателен, рис.11). Для микроэлектродов с диаметром платинового кончика 1-2 мкм изготовление рецесса предпочтительнее контролировать при оптическом увеличении 150-200 крат.
Для корректных измерений напряжения кислорода в тканях величина рецесса (имеет значение фактическое отношение длины рецесса (l) к диаметру платиновой проволоки (d) должна составлять l/d>5-6. В этом случае не менее 90% сферы диффузии О2 будет локализовано в щелевом канале и показания микроэлектрода будут слабо зависеть от возмущающих факторов среды. Микроэлектрод промывается в кипящей дистилированной воде, после чего приступают к проверке его функциональных характеристик. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Pavlov Institute of Physiology St. Petersburg, Russia, 2004 Last modified:
|
-образной нагревательной спирали и станины, по которой перемещается 3-х координатный манипулятор с закрепленной заготовкой микроэлектрода. Заготовка ориентирована "кончиком вниз"; к концу секлянной микропипетки прикрепляется груз (масса груза mгр определяется геометрией спирали, диаметром стеклянного капилляра в области спирали, t° плавления стекла и др.). Устройство отюстировано таким образом, чтобы ось, проходящая через центр спирали, была ориентирована строго вертикально и заготовка микроэлектрода также находилась на этой оси. Заготовку микроэлектрода можно перемещать вдоль оси станины, при этом соосность центра спирали и оси микроэлектрода не нарушается. 
