Электроды мр 3 характеристика: Электроды МР-3 – технические характеристики

Содержание

Сварочные электроды МР-3. Описание, характеристики

Сфера применения электродов марки MP-3 – выполнение дуговой ручной сварки. Они входят в число наиболее востребованных подобных изделий в данном сегменте современного рынка. Ими сваривают элементы ответственных конструкций самых разнообразных типов, начиная с трубной арматуры и трубопроводных магистралей, включая котлы и крупные резервуары-цистерны, и заканчивая подъемно-транспортными агрегатами. В быту электроды MP-3 тоже находят широкое применение. Домашние мастера и непрофессиональные сварщики не испытывают при работе с ними особые трудности.

Характеристики

Регламентируют производство электродов MP-3 Государственные стандарты под номерами 9467 и 9466 от 1975 года. По классификации, утвержденной положениями первого нормативного документа, эти изделия относятся к типу, который принято обозначать так: Э46. В тексте ГОСТа 9467-75 указано, какие стали конструкционные допускается сваривать такими электродами. Это, в частности, металлы:

с большим – до 99 процентов – содержанием железа (элемент Fе), углерода (элемент С) до 2,07 процента и не имеющие легирующих примесей. Это – сплавы углеродистые;

в которых суммарное содержание легирующих добавок– не считая элемента С – меньше 2,5 процента. Это уже стали малолегированные.

Но основной тезис, касающийся применимости электродов типа Э46, формулируется в данном стандарте следующим образом: использовать их нужно, когда металлическая основа сварочного шва должна соответствовать повышенным требованиям к показателю ударной вязкости и уровню пластичности. Кроме того, эти металлы должны удовлетворять еще одному важному условию: величина их временного сопротивления воздействию нагрузки на разрыв должна быть ниже отметки 50 кгс/кв. мм (приблизительно 490,3 МПа).

Можно осуществлять электродами MP-3 сварку пластин толщиной (обозначение W), принимающей значение из диапазона 3,0 мм≤W≤20,0 мм. Производятся данные изделия из стальной холоднотянутой проволоки марки Cв-08 диаметром (обозначение Д), изменяющимся в пределах 3,0 мм≤Д≤6,0 мм. На основе значения диаметра стрежня (D) проводится классификация самих электродов. Он тоже изменяется в диапазоне 3,0 мм≤D≤6,0 мм. В соответствии с данным параметром варьируется длина изделий (L). Так, при:

· 2,0 мм≤D≤3,0 мм длина электрода L=350,0 мм;

· 4,0 мм≤D≤6,0 мм длина изделия L=450,0мм.

Эксплуатационные характеристики электродов MP-3 определяются свойствами нанесенного на них покрытия, состоящего, преимущественно, из двуокиси титана (формула ТіО₂). Его общепринятое название – рутиловое.

Маркировка

Для понимания специфики применения электродов MP-3 необходимо уметь правильно расшифровывать их маркировку. Приведем конкретный пример, когда на упаковке имеется следующая буквенно-цифровая последовательность: Э46-MP-3-4-УД2 E 430(3)-P26.

Э46 – это тип изделий. О его особенностях речь шла выше.

MP-3 – обозначение марки электродов.

Цифра «4». Указывает диаметр изделий.

Литера «У» информирует о предназначении данных электродов для сварки малолегированных сталей, а также сталей углеродистых, устойчивых к воздействию нагрузки, работающей на разрыв, не превышающей отметку 60 кгс/кв. мм.

Буква «Д» говорит о толщине покрытия. Согласно ГОСТу 9466 -75, эта характеристика определяется значением соотношения диаметров обмазки (d_о.) и стрежня (d_с.) электрода. Для литеры «Д» оно варьируется в пределах 1,45≤d_о./d_с.≤1,8. Такое покрытие называется толстым.

Буква «Е». Данной литерой на международном уровне принято обозначать электроды плавящиеся с покрытием.

Число «43» – это предел прочности металла сформированного шва при воздействии нагрузки, работающей на разрыв.

Цифра «0» отображает величину относительного удлинения – меньше 20%.

Цифра «3» указывает температуру шва (обозначение Т), при которой показатель его ударной вязкости не опускается ниже отметки 34 Дж/см². В данном случае Т= -20℃.

Литера «P» говорит, что покрытие рутиловое.

Цифра «2» информирует сварщика о допустимом положении в пространстве электрода – оно может быть любым, кроме вертикального с перемещением сверху-вниз.

Цифра «6» означает, что напряжение х. х. (имеется в виду холостого хода) сварочного агрегата должно колебаться возле отметки 70 вольт с допуском плюс/минус 10 процентов, то есть не меньше 63 вольт и не больше 77 вольт.

Условия хранения и прокаливание

Хранить электроды модели MP-3 необходимо в определенных условиях. Помещение должно быть отапливаемым с температурой Т>15℃ и влажностью воздуха, не превышающей 40%. Размещаться упаковки с этими изделиями должны на паллетах либо стеллажах. Так будет исключен нежелательный контакт с несущими стенами и полом.

Когда сварочные работы ведутся на открытом пространстве, нужно предпринять меры, предотвращающие попадание атмосферных осадков на коробки с электродами. Не следует формировать чрезмерные запасы этих изделий. Их должно хватать не больше, чем на 2 дня работ. А пополнять запасы необходимо по мере потребления электродов.

При соблюдении вышеуказанных условий, прокаливать эти изделия перед использованием не нужно. Рутиловое покрытие не теряет в таком случае свои отличные эксплуатационные характеристики. Но если контакт электродов MP-3 с влагой все-таки был, их нужно подвергнуть прокаливанию при температуре 100℃≤Т≤150℃ на протяжении одного-двух часов.

Особенности изделий марки MP-3

Электродам марки MP-3 присущи такие технологические характеристики:

легкое зажигание сварочной электродуги. Ей характерно устойчивое горение;

сформировать сварной шов особых трудностей не составляет даже начинающему сварщику;

степень разбрызгивания расплавленного металла минимальная;

корка застывшего шлака на поверхности созданного шва без сложностей отделяется;

повторное зажигание электродуги не вызывает трудностей;

высокий уровень производительности работ, связанных со сваркой, не в ущерб качеству сформированного шва.

Особого подхода требуют настройки сварочного тока. Значение этого параметра (обозначение I_св.) определяется двумя факторами: расположением в пространстве формируемого шва и диаметром электрода (обозначение Д_э.). Так, для изделий с

Д_э.= 6,0 мм на токе, изменяющемся в пределах 300,0 А≤I_св.≤360,0 А, выполняются исключительно нижние швы;

Д_э.= 5,0 мм: нижние швы формируются при токе 180,0 А≤I_св.≤260 А; швы вертикальные на токе 160,0 А≤I_св.≤200,0 А;

Д_э.= 4,0 мм: формирование потолочных швов выполняется при токе 140,0 А≤I_св.≤180,0 А; нижних – на токе 160,0 А≤I_св.≤220,0 А; швов вертикальных — 140,0 А≤I_св.≤180,0 А;

Д_э.= 3,0 мм: потолочные швы выполняются при токе 100,0 А≤I_св.≤120,0 А; швы нижние на токе 100,0 А≤I_св.≤140,0 А; вертикальные — 90,0 А≤I_св.≤110,0 А;

В число важных характеристик электродов входит их общий вес, необходимый для наплавления определенного объема металла формируемого сварного шва. Например, у изделий диаметром Д_э.=4,0 мм марки MP-3 эти цифры выглядят так: на наплавку 1 килограмма металла требуется 1,7 килограмма таких электродов. Производительность работ при этом обеспечивается на уровне 1,7 килограмм в час с коэффициентом наплавления, равным 8,50 грамм/А-ч. Следует знать, что коэффициент наплавки обычно меньше этого показателя процесса расплавления электродов. Вызвано данное явление потерями металла в ходе выполнения сварочных работ.

Особенности электродов марок MP-3 и MP-3c

Изделия обеих марок предоставляют возможность производить сварку короткими прихватками, а также выполнять ее длинной дугой. Благодаря их техническим характеристикам необходимость в предварительной подготовке предполагаемого к сварке металла отсутствует. На его поверхности допустимо присутствие:

Электроды марок MP-3 и MP-3c можно применять при необходимости выполнения сварочных работ по уже имеющемуся зазору. Величина тока должна быть в их ходе по возможности минимальной, иначе в создаваемом шве начнут образовываться поры.

Помимо этих электродов сегодня активно применяются расходники марки MP-3м. Отличаются они видом покрытия: у них оно рутилово-ильменитовое. На электродах MP-3c присутствует обмазка, насыщенная дополнительными ионизирующими примесями. Характеристики электродов всех трех марок – MP-3, MP-3м и MP-3c – во многом схожи и едва ли не полностью идентичны.

Покрытие последних изделий обеспечивает легкое зажигание сварочной электродуги. Эта особенность предоставляет возможность задействовать для работы источники тока малой мощности. Электроды MP-3c характеризуются большей экологичностью. Когда они сваривают, в окружающую среду выбрасываются вредные вещества в объеме, меньшем по сравнению с MP-3 (у MP-3 марганца 1,25 грамм, а у MP-3c в 2 раза меньше – 0,6 грамм). Но самый весомый аргумент в пользу выбора последних электродов заключается в возможности получения более качественного сварного шва. В итоге сформированное соединение будет обладать лучшими эксплуатационными свойствами.

Ведущие отечественные производители

На рынке расходных сварочных материалов встречается продукция различного качества, к сожалению, не всегда самого лучшего. Чтобы не столкнуться с проблемами, приобретать электроды рекомендуется, выпущенные только производителями, являющимися общепризнанными лидерами в данном сегменте промышленности. Назовем лишь некоторые бренды.

Прежде всего – это Магнитогорский Электродный Завод (сокращенно MЭЗ). Высококвалифицированные сотрудники входящей в его структуру специализированной лаборатории разработали марку «MP-3 Люкс». Эти изделия отличают улучшенные технические характеристики по отношению к металлу сформированного шва. Они успешно прошли аттестацию экспертами HAKC для применения в технических устройствах следующих групп: CK, ПTO, OXHBП, OTOГ, HГДO, MO, KO, ГДO и ГO.

Также не возникают претензии к электродам марки MP-3, выпускаемым на производственных мощностях Лосиноостровского электродного завода, функционирующего в Москве. Узнаваемость этой продукции обеспечивает тёмно-сине-белая расцветка фирменной упаковки.

В число ведущих отечественных производителей входит Завод Сварочных Материалов из города Судиславль, (сокращенно CЗCM), работающий в Костромской обл. РФ. О высоком качестве изготавливаемых им электродов марки MP-3 говорит факт их поставок такому промышленному гиганту, как «Норильский никель» и некоторым другим компаниям такого же профиля деятельности. На коробках с этими изделиями в обязательном порядке присутствует логотип CЗCM.

Из зарубежных предприятий, специализирующихся на производстве сварочных расходников, стоит выделить шведскую компанию ЕSАВ со штаб-квартирой в Гетеборге. Основана она была в 1904 году и по праву считается сегодня лидером мирового рынка электродов.

Заключение

Электроды марки MP-3 могут иметь разный цвет. Это зависит от двух факторов. Первый – тип покрытия. Рутиловая обмазка, в основе которой находится диоксид титана (ТіО₂) может обладать красным колером. Второй фактор – особенности производства. Так, от различных заводов электроды MP-3 имеют, помимо красного, еще зеленый, синий и, нередко, привычный серый цвет.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.comments powered by Disqus

Сварочные электроды МР 3:характеристики,размеры,особенности наплавки

Большинство специалистов смогло убедиться на собственном опыте, что для сварки сталей, обладающих низким уровнем легирования, хорошо подходят электроды МР-3. Если сравнивать с другими марками, то для данного применения именно они обладают наиболее подходящими характеристиками и свойствами. Это достаточно качественные присадочные материалы, которые соответствуют мировым стандартам качества. Одним из главных их преимуществ является то, что они обладают высокой производительностью, благодаря чему находят широкое применение во многих сферах производства, не говоря уже о честной среде.

Электрод для сварки марки МР-3

Если сварка проводится с зазорами, то нужно использовать минимальные токи, указанные в технических характеристиках. В ином случае, это может привести к образованию пор. Изделия обладают хорошими санитарно-гигиеническими показателями, так как во время их сгорания в атмосферу выделяется всего 0,6 г марганца. Здесь нет особых требований к чистоте поверхности, так что соединение можно проводить при наличии ржавчины, грязи и влаге.

Сварочные электроды МР-3

Для работы с данной маркой подходит обыкновенный сварочный трансформатор стандартных мощностей. Электроды МР-3 могут производить сваривание деталей средней и большой толщины, причем качество соединения будет соблюдаться полностью на всей глубине проварки. Для создания шва специалисты рекомендуют применять короткую или среднюю длину дуги, чтобы соединение было максимально надежным по всей длине шва. Перед использованием материал желательно прокалить, но не более часа. Расходные материалы одинаково хорошо показывают себя как при сварке постоянным током, так и переменным. Удобно ими работать и при создании вертикальных, а также потолочных швов.

Электрод МР-3 для создания вертикальных и потолочных швов

По окончании работ шлак весьма легко отделяется, чтобы можно было проверить качество соединения визуально. Для специалистов это очень удобно, так как не нужно прилагать много усилий для этого. Большинство преимуществ данной марки обусловлено тем, что она имеет специальное покрытие, которое обладает уникальным химическим составом. В обмазке находится кремний, сера, углерод, фосфор и марганец. Она обеспечивает постоянство горения, а также хороший обжим дуги, вне зависимости от положения и способа сваривания. Качество проявляется даже в тех случаях, когда поверхность основного металла сильно окислена.

Сварочные электроды МР 3 со специальным покрытием

Область применения

Сварочные электроды МР-3 имеют достаточно широкую область применения, так как низколегированные стали, для работы с которыми они предназначены, встречаются практически во всех областях промышленности. В частности, это могут быть толстые трубопроводы, которые рассчитаны на высокое давление. Специальная обмазка обеспечивает независимости от внешних условий и надежную защиту электрической дуги.

Надежность соединения обеспечивает применение в области машиностроения, а не только создания металлоконструкций. Также с их помощью заваривают треснувшие резервуары и другие герметичные емкости. Эта марка находит применение и в судостроении, где ответственность качества шва является очень высокой. В своем роде это один из наиболее оптимальных вариантов, так что при любых работах с низколегированными металлами стараются использовать такие электроды.

Электроды МР-3

Технические характеристики

Если рассматривать технические характеристики электродов МР-3, то они будут зависеть не только от размеров материала, но и от его химического состава.

Химический состав, %
Углерод	Кремний	Марганец	Сера	Фосфор
0,1	0,2	0,5–0,8	0,04	0,045

Но для специалистов, которые подбирают марку под те условия, в которых будут эксплуатироваться уже сваренные детали, рассматривают механические свойства. Это помогает сделать точный выбор исходя из соотношения цены и качества среди имеющихся вариантов. Механические свойства наплавленного металла на шве в данной марке выглядят следующим образом:

Температура испытаний, градусы Цельсия	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см2	KCV>34 Дж/см2 при температуре, градусы Цельсия
+ 20	450	18	78	– 20

Производительность наплавки, г/мин		Относительный выход наплавленного металла, %		Расход материала на 1 кг наплавленного шва, кг
23,5		90		1,7

Размеры и ассортимент

Диаметра электрода, мм	Длина электрода, м
2	0,3
2,5	0,3
3	0,35
4	0,45
5	0,45

Особенности наплавки

Рассмотрев в электродах МР-3 характеристики, обозначить, какой сварочный ток соответствует выбранному диаметру. Ведь это поможет избежать неприятностей с залипанием расходного материала, а также пропаливанием заготовки, что при большой толщине маловероятно, но все же возможно. Здесь приведены наиболее распространенные варианты для всех используемых положений:

Диаметр электрода, мм	Сила тока в нижнем положении, А	Сила тока в вертикальном положении, А	Сила тока в потолочном положении, А
3	100…140	80…100	80…110
4	160…220	140…180	140…180
5	180…260	160…200	–

Обозначение и расшифровка

Электроды МР-3 синие в своей аббревиатуре содержат обозначения, что «М» это материал с тонким рутилово-ильменитовым покрытием, который «Р» соответствует высоким требованиям ко шву. «3» означает, что это третья модель завода, выпускающего данные электроды.

Сварочные электроды МР-3 диаметром 3 мм

Производители:

Стандарт;
Ресанта;
Вистек;
ЭконПлюс;
Эра;
Монолит.

Нюансы применения МР3 электродов и их технические характеристики

У сварщиков со стажем обычно не возникает трудностей, когда им приходится выбирать наиболее подходящие электроды для монтажа низколегированных сталей. Чаще всего специалисты отдают предпочтение сварочным электродам МР-3, и неслучайно. Этот расходный материал отличается высокой эффективностью в работе и качеством исполнения, которое обусловлено требованиями действующих ГОСТов и спецификой использования свариваемых изделий в разных отраслях промышленности.

Общая информация
Электроды с рутиловым покрытием
- МР-3
Электроды МР-3: технические характеристики
Применение
- Технологические особенности
Особенности
Конструкция и материал изготовления

Общая информация

Сварочные элементы марки МР-3 подходят для соединения заготовок из углеродистых и низкоуглеродистых сталей. Их можно сваривать при плотном контакте либо оставлять небольшой зазор. В последнем случае специалисты рекомендуют очень внимательно подойти к выбору режима сварки и использовать ток меньше номинального во избежание образования дефектов или трещин на металле.

Присадочные материалы, выпускаемые под этой маркой, выгодны тем, что в процессе их использования выделяется минимальное количество веществ, поэтому можно не сомневаться в их безопасности. Они незаменимы при сварке, проводимой в особо сложных условиях, поскольку наименее требовательны к чистоте поверхности, на которой могут присутствовать ржавые пятна или влага, но на качество сварки это сильно не влияет.

Сварочные работы проводятся с применением обычных трансформаторов, которые поддерживают минимальное напряжение на уровне 50 В. Сварочный материал МР-3 также можно использовать для монтажа деталей средней или большой толщины. Металл можно с легкостью проварить по всему углублению, гарантируя высокую прочность создаваемого соединения. Если исходить из технологических условий сварочных работ, при работе с этими электродами создавать большую дугу для получения температуры, достаточной для схватывания металла с электродом, не требуется.

В рамках подготовительного этапа электроды необходимо просушить и прокалить, что только положительно сказывается на их рабочих свойствах. Электроды этой марки можно использовать в сочетании с трансформаторами, поддерживающими работу при постоянном и переменном токе. Присадочным материалом можно работать в любых положениях из-за того, что они вне зависимости от рабочих условий могут обеспечить соединение высокого качества.

По окончании сварки необходимо выполнить завершающую операцию — удалить с металла шлак. Это делается очень легко, поэтому качество соединения остается стабильно высоким. Покрытие электрода напрямую влияет на присущие для него достоинства. Материал для сварки отличается особым химическим составом, благодаря которому можно поддерживать стабильное горение дуги при работе в любой плоскости. За счет стабильности дуги качество сварки получается неизменно высоким, вне зависимости от воздействия посторонних факторов.

Электроды с рутиловым покрытием

Рутиловое покрытие представляет собой диоксид титана в порошкообразной форме, используемый для повышения прочностных характеристик шва и стабилизации процесса горения. Хотя электроды, имеющие рутиловое покрытие, стоят заметно дороже, они обладают рядом достоинств, которые обеспечивают им неоспоримые преимущества на фоне прочих видов электродов. Рутиловые наиболее эффективны при соединении элементов, содержащих влагу и ржавчину, способствуют уменьшению брызг металла, сокращая тем самым его расход. Отличительной особенностью электродов является простота отделения шлака.

МР-3

Достаточно известной и востребованной разновидностью рутиловых электродов являются элементы МР-3. Их используют преимущественно для соединения ответственных конструкций, выполненных из углеродистых сталей с содержанием углерода не менее 0,25% и низколегированных сталей. Во время работы электродами МР-3 образуется непрерывная дуга, что гарантирует аккуратный, прочный и ровный шов. Эти электроды могут работать при любом токе.

Во время сварки электроды МР-3 можно держать в любом положении, кроме вертикального. Это обусловлено тем, что качественное соединение можно создать только при неправильной полярности. МР-3 позволяют выполнять сварочные работы даже по окислительной поверхности и с использованием удлиненной дуги.

Высокая востребованность сварочного материала этой марки обусловлена наличием у них массы положительных свойств, среди которых следует выделить способность обеспечить качественное соединение даже при наличии на поверхности следов ржавчины, влаги и загрязнений, а также высокую производительность сварочных работ.

Электроды МР-3: технические характеристики

Сварочные элементы МР-3 изготавливаются с учетом требований, определённых ГОСТами 9466 и 9467. В последнем сказано, что они относятся к типу E46 и используются преимущественно для соединения низколегированных с механическим сопротивлением разрыву до 50 кгс∙м/см² и углеродистых сталей. Свариваемый металл должен иметь толщину не менее 3 мм и не более 20 мм.

Для производства присадочного материала используется специальная проволока типа СВ-08 сечением от 3 до 6 мм. По толщине основания электроды можно разделить на несколько групп в зависимости от их диаметра. Электроды марки МР-3 отличаются от других видов элементов наличием рутилового покрытия, с химическим составом которого связаны рабочие характеристики сварочного материала.

Длина элементов может колебаться в диапазоне от 300 до 450 мм. Дополнительно они могут различаться по весу:

3 мм — 32 г;
4 мм — 62 г;
5 мм — 93 г.

В одной упаковке может содержаться разное количество сварочного материала в зависимости от их диаметра:

• 3 мм — 84 шт.;

• 4 мм — 42 шт.;

• 5 мм — 44 шт.

Производители сварочных элементов МР-3 указывают на важность соблюдения условий их хранения. Выбранное место должно быть отапливаемым и сухим, температура воздуха не должна опускаться ниже отметки + 15 градусов. Электроды должны быть защищены от чрезмерного увлажнения, загрязнения и механических воздействий. При признаках увлажнения сварочные элементы необходимо перед использованием прокалить в течение 1 часа при температуре + 180 градусов Цельсия.

Применение

Сварочные элементы марки МР-3 предназначены для проведения сварочных работ при токе постоянной или переменной величины, гарантирующим напряжение в режиме холостого хода не менее 50 В. В случае подачи от источника питания постоянного тока полярность должна быть обратной. В процессе сварки присадочный материал допускается держать в любой плоскости.

Технологические особенности

Высокое качество соединения и производительность;
Беспроблемное повторное зажигание;
Легко отделить от сварочного шва шлаковую корку;
Незначительное количество брызг металла;
Простота процесса создания сварочного шва;
Не возникает трудностей с зажиганием электрической дуги и поддержанием ее стабильного горения.

В условиях нормальной температуры металл сварочного шва, а также наплавленный металл приобретают следующие прочностные характеристики:

Показатель механического сопротивления разрыву — не более 46 кгс/мм² ;
Относительное удлинение — 18%;
Ударная вязкость — 8 кгс∙м/см².

Для правильного расчета величины рабочего тока необходимо учитывать особенности использования электродов и их диаметр:

при диаметре 6 мм только в нижнем расположении — 300−360 А;
5 мм для вертикального 160−200 А, для нижнего -180−260 А;
4 мм для вертикального 140−180 А, для нижнего 160−220 А, для потолочного 140−180 А;
3 мм для вертикального 90−110 А, для нижнего 100−140 А, для потолочного 100−120 А.

В зависимости от веса для наплавления на 1 кг металла расходуется порядка 1,7 кг МР-3.

Особенности

Присадочный материал этой марки можно использовать для соединения конструкций как длинной другой, так и при помощи коротких прихваток. С их помощью можно может выполняться без предварительной подготовки соединение металла, который может иметь:

влажную поверхность;
следы окислов и загрязнений;
признаки ржавчины.

Сварочные элементы МР-3 подходят и для соединения элементов по зазорам, но при использовании тока минимальной величины. В противном случае в шве могут появиться поры. Присутствие в маркировке сварочных элементов буквы «м» (МР-3м) указывает на наличие рутилово-ильменитового покрытия, а буква «с» (МР-3с) говорит об использовании производителем рутилового покрытия с содержанием особых ионизирующих добавок.

Если сравнивать эти два вида электродов по характеристикам, то это те же самые электроды МР-3.

Сварной материал МР-3 упрощает процесс зажигания дуги благодаря наличию в покрытии специальных добавок при использовании сварочных аппаратов малой мощности с напряжением порядка 50 В. К тому же они более предпочтительны, нежели обычные электроды МР-3 из-за более высоких санитарно-гигиенических показателей. Сварка, проводимая с использованием таких элементов, сопровождается выделением не более 0,6 г марганца. При применении обычных электродов МР-3 выделяется 1,25 г вещества.

Дополнительно к этому элементы МР-3 позволяют выполнять более однородные швы, что положительно сказывается на механических характеристиках соединения.

Конструкция и материал изготовления

Для производства МР-3 электродов может применяться проволока разного сечения. Технология изготовления требует нанесения на каждое изделие специального рутилового покрытия. Присадочный материал может отличаться между собой по длине, которая может составлять 300−450 мм, и наружному диаметру, его значение варьируется в диапазоне 2−6 мм.

Подобная конструкция позволяет использовать сварочный материал МР-3 для проведения сварочных работ по неподготовленным поверхностям, имеющим загрязнения и следы ржавчины. Во время хранения необходимо поддерживать оптимальный показатель влажности в помещении. Для рутилового покрытия он не должен превышать 1,5%, в противном случае перед использованием электроды необходимо прокалить не менее 60 минут при температуре +180 градусов.

Во время сварки необходимо ориентироваться на номинальные характеристики, которые должен иметь качественно выполненный сварочный шов. При соблюдении требований технологии рабочего процесса соединение должно иметь сопротивление разрыву 46 кгс/мм². Пределом коэффициента наплавки шва является значение 8,5 г/А*ч. Для определения необходимого количества электродов должна браться в расчет масса наплавки во время сварки. У электродов МР-3 этот параметр составляет 1,7 кг/час.

Для получения надежных сварных соединений необходимо не только обладать навыками в проведении сварочных работ, но и использовать подходящий расходный материал. Среди электродов, которые хорошо себя зарекомендовали, особо стоит выделить электроды марки МР-3. Они обладают массой полезных свойств, среди которых особо стоит отметить нетребовательность к качеству поверхностей свариваемых металлов.

Этот присадочный материал можно использовать для соединения методом сварки деталей, содержащих на поверхности влагу, загрязнения и окислы. Причём конечный результат от этого никак не страдает.

Имеются у этих электродов и другие положительные свойства, о которых хорошо известно опытным сварщикам. Однако необходимо учитывать, что электроды марки МР-3 являются узкоспециализированным присадочным материалом, который подходит для сваривания только низколегированных и углеродистых сталей с содержанием углерода на уровне 0,25%. Поэтому необходимо знать особенности применения этих сварочных элементов для того, чтобы соблюсти все требования сварочного процесса. Особенно это касается величины рабочего тока, от которой в немалой степени зависит качество сварного шва.

Что такое электрод МР 3с и его технические характеристики

Сварочные электроды представляют собой металлический или неметаллический стержень, который состоит из электропроводного материала. Эти конструкции предназначаются для проводимости тока к изделию, которое нужно сварить. Сегодня большое количество производителей изготавливают такие приспособления для работы с металлическими поверхностями. На рынке их насчитывается более двухсот штук, которые различаются между собой свойствами и маркировкой электродов.

Стоит отметить, что большая часть половины изготавливаемой продукции относится к плавящимся электродам, которые предназначены для ручной дуговой сварки.

Сварочные электроды подразделяются на плавящиеся и те, которые не поддаются процессу плавления. Последние изготавливаются из тугоплавкого материала, к примеру, вольфрама. При этом учитываются все требования, которые заявлены в государственном стандарте. Они изготавливаются из электротехнического угля или синтетического графита.

Плавящиеся электроды изготавливаются с применением сварочной проволоки, которая согласна действующему государственному стандарту делится на легированную, углеродистую, а также высоколегированную. Сверху металлического стержня наносят дополнительный слой покрытия, для защиты конструкции. При этом используется метод прессования под специально созданным давлением.

Такое покрытие позволяет выполнять металлургическую обработку сварочной ванны, защищать её от разнообразного атмосферного воздействия, а также обеспечить более устойчивое горение дуги.

Как появился сварочный электрод?

История возникновения и применения сварочных электродов тесно переплетается с развитием сварочных технологий. Самый первый раз они были использованы в различных опытах и экспериментах, которые были связаны с определением свойств электрических дуг. Эти научные проверки проводились профессором Петровым В.В.

Большое количество научных исследователей и настоящих учёных трудились над разработкой настоящего сварочного электрода, а также усовершенствованием представленной конструкции. В конечном результате было принято решение использовать такие элементы, как натрий, кальций и калий. Эти вещества имеют максимально низкий потенциал и способны обеспечить лёгкое возгорание дуги, а также поддерживать её цикл горения.

В первой четверти двадцатого века учёные смогли разработать множество конструкций для ручной сварки, способы их производства и оптимальный состав для покрытия.

Общепринятая классификация покрытия

Электроды для ручной дуговой сварки, которые имеют специальное покрытие, представляют собой стержень, имеющий длину до 400 миллиметров. Они производятся из сварочной проволоки, где после этого наносится дополнительный слой. Существует основная классификация покрытий:

Стабилизирующие. Это особенные материалы, которые включают в собственный состав легко ионизирующие элементы. Их нужно наносить достаточно тонким слоем на стержень электродов.
Защитное покрытие. Это механическая смесь из разных материалов. Представленный слой способен защитить расплавленный металл от воздействия окружающей среды. При этом защитное покрытие стабилизирует горение дуги, легирует и рафинирует швы металла.
Магнитное покрытие. Их нужно наносить непосредственно на проволоку во время выполнения сварочных работ. Это действие осуществляется при помощи электромагнитных сил, которые появляются между проволокой и порошком.

Что собой представляют электроды мр 3с?

Электроды МР 3с производятся в строгом соответствии с техническими требованиями и стандартами. Именно эти положения способны определить их точные размеры, механические свойства металлического шва и сварного соединения.

Представленные электроды отличаются от других конструкций тонким рутиловым покрытием. Они предназначены для сваривания углеродистой стали. Стоит отметить, что показатели предела прочности шва во время растяжения должны быть не больше 450 МПа.

Согласно технике безопасности и техническим требованиям сварочные работы не могут производиться в любом пространственном положении. Исключение составляет положение «вверх-вниз». Электроды мр 3с способны оказывать определяющее воздействие на итоговое качество сварного шва.

Эти элементы, благодаря своим техническим свойствам, предоставляют все возможности для получения шва, который согласно механическим показателям не будет отличаться от основного металла. Именно по этой причине, такие их используются для сварки ответственных конструкций.

Рутиловое покрытие для электродов типа МР-3 – это соединение минералов рутила или двуокиси титана. В это вещество добавляются алюмосиликаты или карбонаты. Представленные компоненты способны увеличить показатели вязкости направленного металла, а также препятствуют образованию новых трещин в сварном шве.

Главная особенность электродов марки МР-3 заключается в достаточно низкой чувствительности к качеству обработки кромок на поверхности, где выполняются свариваемые работы. Представленные кромки не будут реагировать на ржавчину или любые другие загрязнения. Рутиловое покрытие способно обеспечить высокие показатели производительности, а также оптимальные экологические и технологические показатели сварочного производственного процесса.

Электроды мр 3с технические характеристики

Можно выделить несколько важных характеристик синих электродов мр 3:

рутиловое покрытие;
показатели коэффициента наплавления – около 8,5 г/Ач;
производительность наплавления – 1,2 килограмма в час;
расход электродов на один килограмм металла составляет 1,7 кг.

Используя МР-3С можно сваривать ржавый металл, который плохо очищается от окисления и других загрязнений металла. Представленные конструкции способы обеспечить лёгкое перекрытие зазора. Процесс сварки будет происходить легко и без определённых усилий.

Мастера смогут быстро сделать любые нужные швы в потолочном положении, при постановке прихватки, а также для неповоротного стыка в трубопроводе. Такие электроды помогут сделать сварочные работы на предельно низком токе. Они имеют повышенные показатели эффективности при проведении сварки таврового соединения, чтобы получить гарантированный вогнутый шов.

Автор: Николай Иванович Матвеев

Обозначение	Стандарт
Э46 МР3 d УД	ГОСТ 946675
Е 430 (3) Р 26	ТУУ 14288312. 00196

Соответствие стандартам
ГОСТ 9467
ISO 2560
DIN 1913
AWS A5.1

Назначение и область применения
Для сварки конструкций из низкоуглеродистых сталей марок Ст3, 10, 20 и др. Электроды обеспечивают хорошее формирование металла шва, высокую стойкость металла шва против образования пористости и горячих трещин.

Марка проволоки	Вид покрытия
Св08, Св08А ГОСТ 224670	рутиловое

Положение сварных швов	Род тока
	переменный от трансформатора с напряжением холостого хода не менее 60 В постоянный ток обратной полярности

Режим сварки

Сила сварочного тока, А

Диаметр, мм	Нижнее	Вертикальное	Потолочное
3,0	100140	80100	80110
4,0	160220	140180	140180
5,0	180260	160200

Химический состав наплавленного металла, мас.

C	Si	Mn	S	P
не более		Mn	не более
0,10	0,20	0,500,80	0,040	0,045

Механические свойства металла шва (не менее)

Температура испытаний	Временное сопротивление разрыву, Н/мм²	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см²	KCV>34 Дж/см² при температуре
+ 20 °С	450	18	78	20 °С

Производительность наплавки (для d=4 мм), г/мин	Выход наплавленного металла, %	Расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг
23,5	90,0	1,70

Режим термообработки электродов перед сваркой

180 °С

1,0 ч.

Дополнительные сведения

При сварке электродами МР3 на повышенных режимах в шве возможно образование пор.

Сварочные электроды МР-3С предназначены для соединения деталей, изготовленных из низколегированных сталей с небольшим содержанием углерода, методом дуговой сварки ручным методом. Их используют для сварки таких ответственных конструкций, как трубопроводы, цистерны, трубная арматура, подъемно-транспортное оборудование.

При монтаже трубопроводов имеется возможность осуществлять формирование неповоротных стыков. Можно обслуживать и чинить резервуары, которые работают под высоким давлением. Областью применения являются нефтегазовая отрасль, судостроительная и машиностроительная промышленности. Находят они применение и в быту.

Электроды ЛЭЗ МР-ЗС обладают рутиловой обмазкой, которая состоит в основном из диоксида титана, которым и является минерал рутил. Помимо этого в покрытие могут входить другие элементы, повышающие вязкость наплавляемого металла. Это снижает вероятность появления в сварном шве таких дефектов, как поры и трещины. Рутиловое покрытие обеспечивает быстрый поджог дуги, как первичный, так и повторный.

Ток при сварке выставляется в зависимости от диметров используемых электродов и пространственного положения при сварочном процессе. Так, например, если используются электроды МР-ЗС 3мм, то при вертикальном положении выставляется ток силой 90-110 Ампер. При нижнем и потолочном положении эти значения могут быть повышены.

Электроды сварочные МР-ЗС 3мм имеют различную расфасовку. Например, при необходимости использовать большое количество расходников, имеет смысл приобрести сварочные электроды МР-ЗС 3мм 5кг. От веса зависит количество электродов, которое помещается в одной упаковке. Вес одного электрода диаметром 3 миллиметра составляет 30 грамм. Если приобретается пачка, вес которой составляет два с половиной килограмма, то в ней будет находиться 86 электродов с поперечным сечением три миллиметра. В пятикилограммовой упаковке поместится 54 электрода диаметром 5 миллиметров.

Буква «Э» свидетельствует о том, что речь идет об электродах, предназначенных для дуговой сварки ручным методом. Цифры «46» дают информацию о значении сопротивления разрыву, которое измеряется в кгс/мм2. МП-3 — это марка обозначаемых электродов. «ЛЮКС» — торговое название, которое присваивает своей продукции производитель.

Далее следует диаметр поперечного сечения электрода. Буква «У» показывает, что сварке этими электродами подлежат низколегированные стали с небольшим содержанием углерода. Следующая буква «Д» означает, что электрод имеет толстое покрытие. Буква «Е» относится к обозначению плавящихся электродов, имеющих покрытие, согласно международной классификации.

Число «43» — это значение сопротивления разрыву уже после окончания сварочного процесса. «0» означает, что относительное удлинение не превышает 18 процентов. (3) относится к значению ударной вязкости наплавленного металла.

Буквы «РЦ» расшифровываются как рутилово-целлюлозное покрытие. Одна буква «Р» будет означать, что покрытие чисто рутиловое. Последние две цифры «11» свидетельствуют о том, что сварку этими электродами можно осуществлять во всех положениях, исключая движение электрода сверху вниз. Обозначение наносится на бирку, наклеенную на упаковку. Это позволяет узнать, какие электрод МР-3С имеет характеристики и сделать правильный выбор.

Имеется несколько разновидностей электродов этой марки. Это иногда приводит в тупик при необходимости выбора. Поэтому необходимо, например, разобраться, чем отличаются электроды МР-3 от МР-ЗС . Между собой эти виды имеют много общего. Идентичными являются их состав и основные характеристики. Однако, имеется одна особенность, которая дает ответ в чем разница между электродами МР-3 и МР-ЗС.

Расходники марки МР 3С в своем составе имеют добавки, благодаря наличию которых происходит более легкий поджог дуги и повышается стабильность ее горения. Их допустимо применять при использовании сварочного инвертора небольшой мощности. При сварочном процессе выделяется меньше марганца, швы получаются более однородными, и проще происходит их формирование.

Сварку можно осуществлять обоими видами токов. Если применяется постоянный ток, то необходимо установление на оборудовании обратной полярности. Силу тока выбирают в зависимости от значения поперечного сечения расходника и положения в пространстве.

Свариваемую поверхность желательно предварительно очистить, но допускается сварка поверхностей со следами загрязнений и окислами. Во время сварочного процесса электрод следует держать под углом приблизительно 45 градусов. Это снизит образование шлака и попадание его в сварочную ванну.

Качество сварного шва, а также срок годности собственно электродов зависит от соблюдения правил их хранения. Главное условие — хранение в помещении, в котором отсутствует сырость и поддерживается необходимая температура. Выполнению этих требований помогут термометр и прибор для определения влажности.

Тестовые дисковые электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок (УНТ) с использованием технологии шаблонного микропроизводства углеродных нанотрубок (УНТ-М). В процессе CNT-M используется шаблонный рост лесов углеродных нанотрубок с поверхностей для формирования сложных узоров, что позволяет определять размеры и форму электродов. Процесс дополнительной углеродной инфильтрации стабилизирует эти структуры для дальнейшей обработки и обработки. В макроскопическом масштабе были исследованы электрохимические, электрические и магнитные свойства, а также характеристики магнитно-резонансной томографии (МРТ) дисковых электродов; также оценивалась их микроструктура. Дисковые электроды из УНТ показали удельное электрическое сопротивление около 1 Ом·см, емкость накопления заряда от 3,4 до 38,4 мКл/см 9 .0007 2 , низкий электрохимический импеданс и магнитная восприимчивость от -5,9 до -8,1 частей на миллион, близкие к ткани (~-9 частей на миллион). Эксперименты с фантомной МРТ-визуализацией не показали почти никакого искажения, вызванного этими электродами, по сравнению с электродами сравнения Cu и Pt-Ir, что указывает на возможность значительного улучшения точной визуализации наконечника.

Трехмерные (3D) электроды обладают значительными преимуществами в таких областях, как высокочувствительный электрохимический анализ, электронные устройства (Wang et al. , 2015) и устройства накопления энергии (Ambrosi and Pumera). , 2016). В частности, 3D-электроды могут быть очень полезны для понимания электрохимических свойств биологических систем, где организация компонентов в 3D напрямую влияет на их функции и транспортные свойства (Heuschkel et al., 2002; Durmus et al., 2013; Xie et al. , 2015). Кроме того, массивы цилиндрических электродов могут иметь улучшенные свойства благодаря уникальному сочетанию радиального переноса к кончикам электродов, в то время как линейная диффузия преобладает при переносе к боковым стенкам. Таким образом, могут наблюдаться более высокие фарадеевские токи и даже более высокие отношения сигнал/шум (Minter, 2013). Кроме того, эксперименты типа генератор-коллектор могут быть возможны в 3D из-за короткого диффузионного расстояния (Chabi et al., 2013). 3D-архитектуры с масштабом длины в сотни микрон могут быть легко изготовлены через 3D-печать или аддитивное производство (AM) (Ambrosi et al., 2015; Xu et al., 2017; Sharafeldin et al. , 2018). Несмотря на то, что были приложены значительные усилия для выяснения электрохимических свойств этих трехмерных массивов (Ambrosi and Pumera, 2016), их способность генерировать свет посредством электрохемилюминесценции, ECL, рассматривалась менее широко (Gao et al., 2017; Lv et al. , 2020; Ма и др., 2020). Это важная задача, поскольку как окислительно-восстановительная динамика, так и динамика возбужденного состояния, а также массоперенос, например, люминофора и со-реагента к поверхности электрода, столкновение активированной формы люминофора и со-реагента в растворе, влияют на интенсивность генерируемого света, и на эти параметры влияют структура и геометрия трехмерного массива, а также состав поверхности. Например, на некоторых металлах, поддающихся 3D-печати, например на титане, спонтанно образуется оксидный слой, что открывает возможность ингибирования реакции восстановления воды, что позволяет получить восстановленную форму ключевых люминофоров ЭХЛ, например, на основе [Ru(bpy ) ₃ ] ²⁺ , для электрогенерации в водных растворах.

В этом вкладе мы сообщаем об электрохимических и электрохемилюминесцентных свойствах 3D-печатного титанового массива микроцилиндров рабочего электрода. Селективное лазерное плавление (SLM) (Yap et al., 2016; Huang et al., 2017; Xiao et al., 2019) использовалось для производства электродов 3D Ti ₆ Al ₄ В. Этот подход к аддитивному производству использует мощный лазер для постепенного плавления и плавления тонких слоев металлического порошка для создания нестандартного электрода в соответствии с предварительно разработанным файлом САПР (Zhao et al., 2014; Xuetong et al., 2019).). По сравнению с литографией SLM обеспечивает простой и экономичный подход к созданию как микро-, так и макроструктур. Здесь микроскопия, HR-SEM, циклическая вольтамперометрия и электрохемилюминесценция использовались для характеристики трехмерных электродов, особенно шероховатости поверхности и влияния геометрии и состава электрода на электрохимические свойства. Примечательно, что, в отличие от традиционных металлических электродов, мы показываем, что [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ может генерироваться электроэнергией, что позволяет генерировать ECL с помощью механизма аннигиляции, избегая необходимости в совместном реагенте. Более того, ECL сореагента можно получить из [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ с использованием трипропиламина, TPA, в качестве сореагента.

Мы также продемонстрировали возможность электроосаждения тонкого конформного слоя золота на электроды без значительного «затенения» соседними электродами. Этот подход привлекателен тем, что «каркас» можно распечатать на 3D-принтере, а затем модифицировать, чтобы оптимизировать свойства для конкретных приложений. Например, покрытие массива титана золотом увеличивает скорость гетерогенного переноса электронов, превращая квазиобратимый отклик, наблюдаемый на исходном трехмерном титановом электроде, в полностью обратимый отклик. Это увеличение скорости гетерогенного переноса электронов вызывает значительное увеличение интенсивности ECL и заставляет радиальную диффузию оказывать большее влияние на ECL сореагента. Комбинация 3D-печати высокого разрешения с последующим электроосаждением другого металла открывает возможность создания 3D-структур с интересными свойствами, например, плазмонно-усиленной ECL, где структура и состав электрода влияют на вольтамперометрический отклик.

Ферро/феррицианид калия (Fe(CN) ₆ ^3-/4- ), трис(2,2′-бипиридил)дихлоррутения(II) гексагидрат (Ru(bpy ) ₃ Cl ₂ ·6H ₂ O), трипропиламин (ТРА), серная кислота (H ₂ SO ₄ ) и фосфатно-буферный раствор (PBS, pH 7,4) были приобретены у Sigma Aldrich. и используется в том виде, в каком он был получен. Водный раствор для золочения (Technic-Gold 25 ES RTU) был приобретен у Technic Ink, Великобритания. Все растворы были приготовлены с использованием воды Milli-Q (18 МОм·см).

Электрохимические эксперименты проводились с использованием прибора CH, потенциостат модели 760B. Электрохимические эксперименты были сконфигурированы в трехэлектродной установке, где трехмерный (3D) электрод был рабочим электродом, с BAS серебром/хлоридом серебра (Ag/AgCl) в качестве электрода сравнения и платиновой проволокой (Sigma Aldrich) в качестве электрода сравнения. противоэлектрод. Измерения электрогенерируемой хемилюминесценции (ЭХЛ) выполняли с помощью фотоумножителя (ФЭУ) Oriel 70680 со смещением -850 В с использованием высоковольтного источника питания (Oriel, модель 70705) и усилителя/регистратора (Oriel, модель 70701). Сканирующую электронную микроскопию (SEM) и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDX) выполняли с использованием Hitachi S5500 Field Emission SEM.

3D-печатные титановые (Ti) электроды были изготовлены в соответствии с процедурой, ранее описанной Zhao et al. (2014). Вкратце, конструкция электрода была нарисована с помощью программы моделирования SolidWorks. 3D-печать металлом выполняли на металлическом принтере Realizer SLM50 (Realizer, Германия) по технологии Selective Laser Melting (SLM). Сфокусированный высокоэнергетический лазерный луч сплавил и связал порошок титанового сплава (Ti-6AI-4V) на печатном столике послойно, чтобы создать массив из 25 вертикальных круглых микроцилиндров (радиус 0,015 см, высота 0,3 см), расположенных на расстоянии друг от друга. равномерно на квадратном основании 0,48 × 0,48 см с отверстиями 0,75 × 0,75 мм.

Перед использованием изготовленные 3D-печатные электроды очищали ультразвуком в растворе воды/этанола милли-Q в соотношении 50:50 по объему. Затем электроды сушили в токе азота. Водный раствор золотого покрытия сначала дезоксигенировали азотом в течение 30 минут перед осаждением. Затем 3D-печатные электроды погружали в водный раствор золотого покрытия в присутствии электрода сравнения Ag/AgCl и платинового противоэлектрода. Золото было потенциостатически осаждено при -0,9V при измерении заряд прошел. Используемое время осаждения составляло 1000 с. После электроосаждения 3D-электроды подвергали электрохимической очистке путем циклирования в водном растворе, содержащем 0,1 М H ₂ SO ₄ в качестве фонового электролита. Затем 3D-электроды тщательно промывали водой Mill-Q перед использованием.

Электрохимические характеристики 3D-печатной структуры зависят от пространственного распределения элементов электрода (микроцилиндров), а также от их диаметра и расстояния между ними. На производительность дополнительно влияют состав поверхности (образование оксидного слоя) и шероховатость поверхности. Микрофотографии HR-SEM одного из электродных микроцилиндров показывают, что в процессе изготовления SLM образуется шероховатая поверхность, состоящая из расплавленных зерен титана (рис. 1A; дополнительная рис. 1). В спектре EDX (дополнительный рисунок 2) преобладают пики, связанные с Ti, но также присутствуют пики углерода из-за случайных примесей, а также алюминия и ванадия, которые являются второстепенными компонентами порошка SLM.

Рисунок 1 . Микрофотографии HR-SEM с вторичными электронами, показывающие электроды (A) 3D Ti и (B) 3D Ti с покрытием Au при малом и большом увеличении с использованием ускоряющих напряжений в диапазоне от 2 до 10 кВ соответственно. Шкала баров: (A) Слева направо: 300 и 30 мкм. (B) Слева направо: 300, 30 и 1 мкм.

Электрохемилюминесценция может быть получена из [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ систем (bpy = 2,2′-бипиридил) посредством различных механизмов, включая «аннигиляцию» между [Ru(bpy) ₃ ] ⁺ и [Ru(bpy) ₃ ] ³⁺ ионы или реакция восстановленных или окисленных форм с электрогенерированным сопутствующим реагентом, таким как пероксидисульфат или трипропиламин (Li et al. , 2017). В отличие от сореагентного пути аннигиляция, как правило, невозможна в водных растворах на обычных металлических электродах, например платиновых, поскольку восстановительный потенциал значительно более отрицателен, чем реакция выделения водорода. Однако Бард и его сотрудники продемонстрировали, что «горячие» электроны могут генерироваться в водный раствор на танталовых электродах, покрытых оксидом, и использовали для получения [Ru(bpy) ₃ ] ⁺ в водном растворе (Gaillard et al., 1999). В присутствии [Ru(bpy) ₃ ] ³⁺ два иона реагируют с образованием электронно-возбужденного состояния, 610 нм. Ключевая цель состоит в том, чтобы понять возможность создания восстановленного иона рутения tris-bpy с использованием титанового электрода, напечатанного на 3D-принтере, и создания ECL.

Циклическая вольтамперометрия использовалась для определения доступного потенциального окна и получения информации об электрохимически активной области 3D-титановых электродов и, следовательно, о шероховатости их поверхности. На рис. 2 представлена вольтамперограмма, полученная в 0,1 М H ₂ SO ₄ в качестве фонового электролита в диапазоне от -2,0 до +2,0 В при скорости развертки 0,1 В с ^-1 . Как описано Барреллом и Армстронгом (1986), воздействие воздуха или применение потенциалов более положительных, чем ~ +0,2 до +0,3 В, приводит к образованию TiO ₂ слой. Следует отметить, что пленки оксида Ti образуются спонтанно и быстро на поверхности чистого Ti (Li et al., 2011). Для сплавов Ti могут образовываться более толстые оксидные слои, которые могут достигать толщины 10–20 мкм (Vasilescu et al., 2017). Рисунок 2 согласуется с поведением, наблюдаемым для электродов из чистого титана, не изготовленных с использованием SLM. Начальный потенциал для образования оксида, ~ +0,15 В, одинаков как для 3D-печатных, так и для исходных дисковых электродов из титана, что позволяет предположить, что слой TiO ₂ на 3D-электродах сравним со слоем, сформированным на чистом титане. Более того, близкий к постоянному ток окисления, наблюдаемый между ~0,0 и +1,6 В, свидетельствует о том, что оксидный слой растет в условиях постоянного внутреннего электрического поля и его толщина зависит от приложенных потенциалов и времени электролиза. Влияние оксидного слоя на динамику [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ окисление, необходимое для образования ECL либо с помощью сореагентов, либо путем аннигиляции, рассматривается в следующем разделе.

Рисунок 2 . Вольтамперограммы 3D Ti-электрода в чистом электролите (сплошная линия) и 10 мМ растворе [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ (штриховая линия). Электрод имел слой естественного оксида, а время покоя при 0,000 В составляло 5 с. Фоновый электролит водный 0,1 М H ₂ SO ₄ . Скорость сканирования 0,1 В с ⁻¹ . Раствор содержит кислород.

Примечательно, что восстановление ионов водорода наблюдается только при потенциалах более отрицательных, чем ~-1,2 В, и даже при потенциале, при котором можно ожидать восстановления [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ , -1,5 В, восстановление очень неэффективен по сравнению с обычными электродами. Например, плотность тока на массиве титана при -1,000 В и скорости сканирования 0,1 В с ^-1 составляет 1,7 ± 0,2 мА см ^-2 , тогда как на углероде, золоте и платине значения составляют 7,1 ± 0,9мА см ^-2 , 15,0 ± 2,2 мА см ^-2 и >200 мА см ^-2 соответственно.

Электрогенерация анион- и катион-радикалов зависит от гетерогенного переноса электрона в/из комплекса Ru ²⁺. Штриховой линией на рис. 2, 3 показана циклическая вольтамперограмма 10 мМ водного раствора [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ на массиве 3D титановых электродов. Несмотря на удерживание потенциала на уровне -1,0 В в течение 60 с на рисунке 3 для уменьшения поверхностного оксида, токи, пиковые потенциалы и размах пиков, ΔE _P , наблюдаемые на рисунках 2, 3, неразличимы. Этот результат свидетельствует о том, что при развертке потенциала от -0,1 В до формального потенциала пары Ru ^2+/3+, ~+0,965 В, образуется оксидный слой. что скорости гетерогенного переноса электронов одинаковы с этапом предварительного кондиционирования и без него при -1,0 В. Этот результат согласуется с тем, что в толщине оксидного слоя преобладает циклирование при положительных потенциалах, а не начальное покрытие оксида. Как сообщалось ранее для родственных систем (Zhang, 2020), деоксигенация раствора снижает скорость образования оксидного слоя. В деоксигенированном растворе Ru ^2+/3+ вольтамперометрия оказывается более обратимой, т. е. ΔE _P составляет 210 ± 45 мВ для первых пяти полных циклов между -2,000 и +1,500 В. Однако ΔE _P увеличивается по мере увеличения числа сканирований. и ответ, полученный после 15–20 сканирований, неотличим от показанного на рисунке 2. Этот результат предполагает, что оксид образуется при положительных потенциалах даже в отсутствие растворенного кислорода. Кроме того, важно отметить, что воздействие воздуха и старение оксида, например, в течение нескольких месяцев, приводит к увеличению величины токов, связанных с Ru ^2+/3+ пара, показанная на рис. 2, уменьшается на целых 75%. Например, пиковый ток, связанный с парой Ru ^2+/3+, показанной на рис. 2, уменьшается с 3,6 ± 0,2 до 0,8 ± 0,3 мА после хранения на воздухе в течение 6 месяцев.

Рисунок 3 . Вольтамперограмма 10 мМ раствора [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ на 3D Ti электроде. Перед записью CV электрод предварительно кондиционировали при -1,0 В, когда оксид восстанавливается, в течение 60 с, после чего сразу же проводили вольтамперометрическое сканирование без перерыва. Фоновый электролит – водный 0,1 М H ₂ СО ₄ . Скорость сканирования составляет 0,1 В с ^-1 . Незаштрихованные кружки представляют наиболее подходящую смоделированную вольтамперограмму, на которой D равно 1,1 × 10 ^–5 см ² с ^–1, а k ^o равно 1,1 × 10 ^–4 см с ^–1.

Наблюдение откликов в форме пика, а не сигмовидной формы позволяет предположить, что, несмотря на то, что диаметр цилиндрических электродов порядка 300 мкм является полубесконечным линейным, а не радиальным, диффузия доминирует в отклике при этой скорости сканирования. Полубесконечную линейную диффузию можно было бы ожидать, если бы зоны истощения вокруг каждого цилиндрического электрода сливались, а весь объем внутри трехмерного массива подвергался электролизу. Однако, исходя из коэффициента диффузии 1,1 × 10 ⁻⁵ см ² с ⁻¹ , толщина слоя обеднения/диффузии, δ, [≈(D t) ^1/2 ] составляет ~3,3 × 10 ⁻⁴ см. Это значение значительно меньше, чем расстояние между микроцилиндрами отдельных электродов (0,1 см), и зоны истощения, окружающие каждый микроцилиндр, не перекрываются в этих относительно коротких временных условиях. Для электродов микроцилиндра Аоки вывел уравнения, которые учитывают относительный вклад радиальной диффузии в вершину микроцилиндра и линейной диффузии в основную часть электрода (Аоки, 19). 85) для расчета. При радиусе 0,015 см и длине микроцилиндра 0,3 см при 100 мВ с ^-1 ожидается, что ток, возникающий в результате линейной диффузии, будет примерно в 20 раз больше, чем вклад радиальной диффузии в кончик электрода (Fang, 2009).

Даже при относительно медленном сканировании 0,1 В с ⁻¹ расстояние между пиками, ΔE _P , значительно больше, чем 57 мВ, ожидаемые для идеально обратимой пары при полубесконечном линейном диффузионном контроле. . Такое поведение согласуется с медленным гетерогенным переносом электронов, скорее всего, из-за присутствия поверхностного оксида. На рис. 3 показано наилучшее соответствие экспериментальному отклику, в котором коэффициент диффузии и формальный потенциал зафиксированы на значениях, определенных с помощью стеклоуглеродного электрода, т. е. 1,1 × 10 ^-5 см ² с ^-1 и 0,965 В соответственно, а стандартный гетерогенный перенос электрона, k ^o , является единственным свободно регулируемым параметром. Хотя существует общее соответствие между экспериментальным откликом и токами, общее качество подгонки не идеально. Однако, поскольку наша основная цель состоит в том, чтобы понять влияние гетерогенной динамики переноса электронов, k ^o является единственной переменной, а такие эффекты, как диффузия к кончикам микроцилиндров, шероховатость электродов и т. д., не учитываются. Примечательно, что существует близкое соответствие между экспериментальными и модельными пиковыми потенциалами при использовании k ^o of 1,1 × 10 ⁻⁴ см с ⁻¹ . Это значение по крайней мере в 1000 раз меньше, чем у чистых электродов, не содержащих оксидов, что отражает наличие оксидного покрытия на поверхности электрода, которое значительно замедляет перенос электронов.

На рис. 2 также показано восстановление [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ с формальным потенциалы, ΔE _P значительно меньше для пары Ru ^2+/1+ (ΔE _P = 0,25 В), чем наблюдаемое для Ru ^2+/3+ (ΔE _P = 0,44 В). Этот результат предполагает, что скорость гетерогенного переноса электрона значительно выше при восстановлении, чем при окислении. В то время как точная поправка на фон ограничивает точность, моделирование с использованием модели полубесконечной линейной диффузии предполагает, что k ^o ‘(Ru ^2+/1+ ) составляет ~2 × 10 ⁻³ см с ⁻¹ , т. е. в ~20 раз быстрее, чем Ru ^2+/3+ . Внутренние свойства комплекса, вероятно, влияют на это поведение, например, различия в энергии реорганизации растворителя, но, возможно, важно отметить, что восстановление происходит при потенциале, при котором оксидный слой либо отсутствует, либо значительно тоньше. В целом эти результаты демонстрируют, что массив титановых электродов способен как окислять, так и восстанавливать [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ в водном электролите . Это открывает возможность создания ECL по механизму аннигиляции, что позволяет избежать необходимости добавления сореагента.

Трехмерные электроды открывают возможность электрохимической генерации света в трехмерном объеме, а не на двухмерной плоской поверхности. Кроме того, в зависимости от геометрии 3D-электрода можно выборочно увеличить яркость излучения в определенных областях, например, за счет увеличения скорости массопереноса, возникающего в результате радиальной диффузии к вершине отдельных электродов микроцилиндра.

Ступенчатая хроноамперометрия с двойным потенциалом представляет собой полезный подход к созданию восстановленных и окисленных форм трис-бипиридила рутения, необходимых для образования ECL путем аннигиляции. В этом подходе окисленные частицы, диффундирующие от электрода во время прямого импульса, будут диффундировать к электроду во время обратного импульса и встречаться с электрогенерированными восстановленными частицами в зоне реакции, прилегающей к электроду. Эти две формы затем претерпевают сильно экзергоническую реакцию, создавая возбужденное состояние [Ru(bpy) ₃ ] ^2+* , который релаксирует в основное состояние путем излучения на длине волны 610 нм.

На рис. 4 показаны ток и отклик ECL, когда матрица титановых электродов, покрытая слоем естественного оксида, подвергается двойному изменению потенциала в присутствии растворенного 50 мкМ [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ в водном растворе в 0,1 М H ₂ SO ₄ в качестве фонового электролита. Разновидности Ru ³⁺ сначала генерируются путем перехода к потенциалу +1,200 В, т.е. достаточно положительному для Ru ^2+/3+ формальный потенциал для образования Ru ³⁺ с контролируемой диффузией скоростью в течение 10 мс. Затем электрогенерировали [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ путем повышения потенциала до -1,600 В, снова в течение 10 мс. Токовый отклик для первой стадии (окисление Ru ²⁺) можно точно смоделировать (светлые кружки на рис. 4) с использованием уравнения Коттрелла и коэффициента диффузии 1,1 × 10 ⁻⁵ см ² с ⁻¹ . Примечательно, что, несмотря на шероховатость поверхности, наблюдаемую на обоих изображениях СЭМ, данные хроноамперометрии с прямым шагом лучше всего соответствуют площади электрода 2,9. см ² , т. е. коэффициент шероховатости поверхности ~2,2. Вопрос шероховатости поверхности вновь рассматривается в следующем разделе, посвященном формированию оксидного монослоя на конформном слое золота, электроосажденном на массиве Ti. Адекватность подгонки, основанной на уравнении Коттрелла, предполагает, что даже при 10 мс толщина обедненного слоя сравнима с масштабом длины значительной части шероховатости поверхности, а шероховатый электрод кажется относительно гладким для диффундирующих молекул. Величина тока для второй ступени (Ru ²⁺ сокращение) значительно больше, чем первый шаг, и неудовлетворительно моделируется с помощью уравнения Коттрелла. Эти отклонения отражают тот факт, что восстановление [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ и реакция выделения водорода HER протекают параллельно при изменении потенциала до -1,600 В.

Рисунок 4 . Отклики переходного тока (черная линия) и ECL (красная линия) для трехмерного массива титана, покрытого естественным оксидом, после скачков напряжения от 0,000 до +1,200 В (0–10 мс), а затем до -1,600 В (10–20 мс). по сравнению с Ag/AgCl. Восстановительные токи положительны. Фоновый электролит – водный 0,1 М H ₂ СО ₄ .

На рис. 4 также показана интенсивность света (красная линия), генерируемого во время отдельных шагов потенциала. Примечательно, что ECL не наблюдается до тех пор, пока не будет выполнен второй импульс, и в диффузионном слое присутствуют как окисленная, так и восстановленная формы. Этот результат важен, поскольку он предполагает, что даже в водной среде [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ может генерироваться при отрицательных потенциалах на покрытых оксидом титановых электродах. Отклик ECL затухает медленнее, чем ток, связанный с Ru 9.0007 3+ , что свидетельствует о возможности изменения характера диффузионного массопереноса, например вклада радиального массопереноса, из-за малого размера микроцилиндров 3D массива. Возможность генерировать ECL в водном растворе на трехмерном электроде без необходимости использования сореагента потенциально очень полезна для различных приложений, включая «безреагентные» датчики и устройства отображения.

На рис. 5 показан эффект изменения направления потенциального шага для первого создания [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ , за которым следует [Ru(bpy) ₃ ] ³⁺ . Как и прежде, ОКУ не наблюдается до тех пор, пока не будет применен второй потенциальный шаг, т. е. создание только Ru ¹⁺ или Ru ³⁺ не приводит к эмиссии. В то время как переходные процессы имеют такое же поведение, как показано на рисунке 4, т. е. восстановление является более сложным из-за электролиза воды, интенсивность ECL значительно ниже (~ 35%), чем при первом применении стадии окисления. Этот результат, скорее всего, возникает из-за того, что электролиз воды возмущает обедненный слой, например, локальное перемешивание из-за образования микропузырьков, как Ru ²⁺ Шаг сокращения продолжается.

Рисунок 5 . Отклики переходного тока (черная линия) и ECL (красная линия) для трехмерной матрицы титана, покрытой естественным оксидом, после скачков напряжения от 0,000 до -1,600 В (восстановление Ru ²⁺, толстая черная линия), а затем до +1,200 В (окисление Ru ²⁺, тонкая черная линия) в сравнении с Ag/AgCl. Восстановительные токи положительны.

Эти результаты показывают, что, в отличие от традиционных электродных материалов, таких как золото или платина, [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ можно как окислять, так и восстанавливать в водных растворах с использованием трехмерных массивов титана, сформированных методом спеченного лазерного плавления. Способность создавать как катион-радикалы, так и анионы позволяет генерировать электрохемилюминесценцию в водном растворе с использованием аннигиляционного механизма.

Использование сореагента позволяет получать ЭХЛ только из Ru ³⁺ или Ru ¹⁺. Здесь основное внимание уделяется генерации ECL от Ru 9.0007 3+ видов с использованием трипропиламина, TPA, в качестве сореагента. Помимо использования нативных матриц, были исследованы свойства матриц, функционализированных электроосажденным золотым покрытием.

Титановый массив, напечатанный на 3D-принтере, был покрыт тонким конформным слоем золота с помощью электроосаждения. Для потенциалов менее положительных, чем ~ +1,2 В, поверхность золота будет свободной от оксидов, что, как ожидается, приведет к более высокой скорости гетерогенного переноса электронов, что позволит более четко наблюдать влияние трехмерной структуры массива на диффузионный перенос. Кроме того, оксидный монослой может быть образован и впоследствии восстановлен путем циклирования в разбавленной кислоте. Заряд, пропущенный во время восстановления оксида золота, позволяет точно определить микроскопическую площадь поверхности и, следовательно, шероховатость поверхности. Это проблематично для чистого титана, так как четко выраженный пик восстановления оксида не наблюдается. Заряд, связанный с восстановлением оксида золота, составляет ~390 мкКл см ^-2 . Таким образом, путем интегрирования площади под пиком восстановления оксида золота в циклических вольтамперограммах с поправкой на фон, зарегистрированных в кислом (0,1 M H ₂ SO ₄ ) электролите, можно измерить микроскопическую площадь поверхности золотого электрода (Burke, 1997). ). Для массива с золотым покрытием пройденный заряд 9,2 ± 0,9 × 10 ^-3 Кл соответствует микроскопической площади 23,5 ± 2,4 см ² . Геометрическая площадь массива 1,32 см ² , что в совокупности с микроскопической площадью дает значительную шероховатость поверхности 17,8 ± 1,8. Микроскопическая шероховатость поверхности значительно больше, чем у полированных золотых электродов, где значения обычно составляют от 1,2 до 2,5 (Романовский, 1977; Меньшиков, 2008). Это большое значение согласуется с изображениями HR-SEM, показанными на рисунке 1, которые указывают на то, что метод трехмерного осаждения лазерным синтезом создает грубую зернистую структуру, отражающую дисперсную природу исходного материала. Примечательно, что HR-SEM показывает, что отложение золота существует в виде тонкого (<300 нм) конформного слоя поверх массива, что делает вероятным то, что шероховатость нижележащего массива титановых электродов такая же или, возможно, больше. Важно отметить, что шероховатость поверхности, определенная путем восстановления поверхностного оксида (17,8 ± 1,8), значительно больше, чем значение, полученное путем подгонки отклика хроноамперометрии, показанного на рисунке 4 (2. 2). Этот результат свидетельствует о том, что даже при времени 10 мс толщина обедненного слоя (~ 3,5 мкм) превышает масштаб длины значительной доли шероховатости поверхности.

На рис. 6А показана вольтамперограмма массива титановых электродов в 1 мМ растворе ферроцианида, содержащем 0,1 М H ₂ SO ₄ в качестве вспомогательного электролита, при различных скоростях сканирования в диапазоне от 0,01 до 0,1 В с ^-1 . На рисунке 6А показано, что сигмоидальная вольтамперограмма наблюдается при ~ +0,5 В. Есть два возможных источника такого поведения. Во-первых, если вольтамперометрическая шкала времени достаточно короткая, а скорость гетерогенного переноса электронов высока, то радиальная диффузия к отдельным микроцилиндрам массива может преобладать, давая сигмоидальные вольтамперограммы. Однако для используемых здесь скоростей сканирования обедненный слой значительно меньше (порядка 0,05 мм), чем расстояние между соседними микроцилиндрами (≈0,8 мм), и ожидается, что обедненные зоны не будут перекрываться. Во-вторых, скорость гетерогенного переноса электронов может быть очень низкой, что может быть связано с туннелированием электронов через оксидный слой (Bewer et al., 19).82; Heakal and Awad, 2011), вызывая искажение хорошо выраженных пиков, обычно связанных с почти идеально обратимыми парами, такими как [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ , ферроцен-метанол и ферро/феррицианид.

Рисунок 6 . Вольтамперограммы (A) 3D Ti электрода и (B) 3D Ti электрода, покрытого золотом, в 1 мМ ферроцианида в 0,1 М H ₂ SO ₄ в качестве фонового электролита. От наименьшего до наибольшего пикового тока скорости сканирования составляют 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09.и 0,1 В с ^-1 . Незаштрихованные кружки (°) представляют наилучшее соответствие при полубесконечном линейном диффузионном контроле, где стандартная скорость гетерогенного переноса электронов k ^o составляет 8 ± 0,4 × 10 ^-3 см с ^-1 . Незаштрихованные треугольники (Δ) представляют прогнозируемый отклик при 0,1 В с ^-1, но где токи были умножены на коэффициент 1,5.

Нанесение золотого покрытия представляет собой удобный подход к увеличению скорости гетерогенного переноса электронов при сохранении уникальной геометрии, которую можно получить с помощью 3D SLM. Более того, осаждение золота создает поверхность электрода, не содержащую оксидов, при потенциалах менее положительных, чем ~+1,2 В по сравнению с Ag/AgCl.

На фигуре 6B показаны зависящие от скорости сканирования вольтамперограммы, полученные для 1 мМ ферроцианида, растворенного в 0,1 М H ₂ SO ₄ на матрицах, покрытых золотом. Несмотря на то, что HR-SEM показывает, что существуют незначительные различия в геометрии исходного электрода с титановым и золотым покрытием (золотое покрытие тонкое, что не приводит к значительному увеличению толщины микроцилиндров), реакция электродов с золотым покрытием разительно отличается. . В частности, наблюдаются хорошо выраженные пики, расстояние между пиками, ΔE _p , при низких скоростях сканирования <80 мВ и отношение пиковых токов окисления к восстановлению равно единице. Хотя значение ΔE _p больше, чем 57 мВ, ожидаемое для идеальной обратимой реакции при полубесконечном линейном управлении, оно соответствует квазиобратимому процессу. Незакрашенные кружки показывают наилучшее соответствие экспериментальным данным 0,01 В с ⁻¹ при полубесконечном управлении линейной диффузией, где имеется только один свободно регулируемый параметр, стандартная константа скорости гетерогенного переноса электрона, k ^или . Удовлетворительное соответствие достигается, когда k ^o равно 8,0 ± 0,4 × 10 ^-3 см с ^-1 . Тот факт, что отклик массива с золотым покрытием согласуется с полубесконечным линейным управлением диффузией при исследованных скоростях сканирования, позволяет предположить, что сигмоидальный отклик, наблюдаемый на массивах титана , возникает из-за малого k ^o . Напротив, когда отклик 0,1 В·с ⁻¹ моделируется с использованием k ^o, равного 8 × 10 ⁻³ с ^-1 пиковые потенциалы удовлетворительно предсказаны, но для соответствия пиковым токам теоретический отклик необходимо умножить на коэффициент 1,5. Этот результат предполагает, что при более высокой скорости сканирования, когда обедненный слой тоньше, шероховатость поверхности значительно влияет на наблюдаемую вольтамперограмму.

На рисунках 7A, B показаны отклики ЭХЛ, полученные на 3D-титановых электродах без покрытия и с золотым покрытием с использованием ТФК в качестве сореагента. Примечательно, что обе группы электродов производят ECL, и интенсивность увеличивается с увеличением скорости сканирования в диапазоне от 0,01 до 0,1 В с ⁻¹ (вставки). Начальный потенциал для ECL составляет ~ +1,1 В как для голых, так и для покрытых золотом 3D-титановых электродов, что согласуется с ECL, генерируемым реакцией Ru ³⁺ с радикалом TPA.

Рисунок 7 . ЭХЛ, генерируемая на (A) 3D Ti электроде и (B) 3D Ti электроде, покрытом золотом, в 0,1 М растворе PBS (pH 7,4), содержащем 50 мкМ [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ и 5,0 мМ ТРА, при скоростях сканирования от 0,01 до 0,1 В с ⁻¹ . На вставках показана зависимость максимальной интенсивности ЭХЛ от скорости сканирования для каждого электрода.

Электрокаталитический ток, наблюдаемый на титановой матрице для растворов, содержащих 50 мкМ [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ и 5,0 мМ ТФК, изменяется линейно в зависимости от квадратного корня из скорости сканирования, ν, при минимум для 10 < ν <100 мВ с ⁻¹ . Примечательно, что, как показано на вставке к рисунку 7А, интенсивность ECL, I _ECL, не демонстрирует такого же поведения. Для 70 < ν < 100 мВ с ⁻¹ I _ECL увеличивается примерно линейно с увеличением квадратного корня из скорости сканирования. Учитывая очень высокую концентрацию используемого ТРА:Ru ²⁺, 5 мМ:50 мкМ, ожидается, что образование сореагента не ограничит интенсивность ECL. При малых скоростях сканирования, например, 10 мВ с ^-1 , отклик ECL значительно меняет форму, становится сигмоидальным, демонстрирует стационарный отклик и слабо зависит от скорости сканирования. Эти наблюдения согласуются с усилением массопереноса, например, [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ люминофор и со-реагент TPA выше, чем ожидается от полубесконечной линейной диффузии. Скорость сканирования ~0,2 мВс ^-1 потребуется для слияния зон истощения, установленных вокруг каждого из отдельных электродов. Таким образом, оказывается, что при малых скоростях сканирования трехмерный характер массива влияет на интенсивность ЭХЛ. Примечательно, что в отличие от текущей реакции этот результат больше согласуется с радиальной диффузией к отдельным микроцилиндрам, влияющим на I _ECL из-за множества кинетических процессов и процессов массопереноса, связанных с генерацией света, а не тока. Одной примечательной особенностью рисунка 7 является тот факт, что при высоких скоростях сканирования (0,1 В с ^-1 ) интенсивность ECL пересекается, а интенсивность при обратном сканировании (от +1,5 В до 0,2 В) выше для некоторых потенциалов, чем сканирование вперед. Генерация ECL требует одновременного присутствия и Ru ³⁺, и радикала TPA. Различия потенциалов окисления (Ru ³⁺ более положительный, чем TPA), гетерогенные скорости переноса электронов, стабильность, а также массоперенос в 3D-массив влияют на поведение кроссовера. Когда скорость сканирования высока, постоянная времени для транспорта и реакции Ru ³⁺ и радикала TPA больше, чем в эксперименте, и эти реагенты остаются доступными для генерации света, когда направление потенциала переключается, что приводит к кроссинговеру.

При сравнении рисунков 7A и B видно, что интенсивность ECL резко возрастает более чем в 30 раз при высокой скорости сканирования и примерно в 100 раз при низкой скорости сканирования для титановой матрицы с золотым покрытием. Значительное усиление согласуется с большим увеличением k ^o для массива с золотым покрытием, 8,0 ± 0,4 × 10 ^-3 см с ^-1 по сравнению с 1,1 × 10 ^-4 см с ^-1 для титанового массива после печати. Это ~70-кратное увеличение скорости гетерогенного переноса электронов приводит к увеличению потока люминофора и, следовательно, к более высокой интенсивности ЭХЛ.

Несмотря на более идеальные электрохимические свойства массива с золотым покрытием, форма пика ECL очень сложна, и значительный гистерезис между прямым и обратным сканированием наблюдается даже при самых низких скоростях сканирования. Обычно ECL начинается с ~+0,9.5 В и дает четко выраженный пик. При обратном сканировании ответ пересекает положительную волну, а затем быстро уменьшается до очень низкой интенсивности света. Как показано на вставке, зависимость I _ECL от квадратного корня из скорости сканирования является достаточно линейной при более высоких скоростях сканирования, а затем становится значительно менее чувствительной при более низких скоростях сканирования. Как обсуждалось для массива немодифицированного титана, такое поведение согласуется с трехмерным характером массива, что приводит к усилению массопереноса при относительно более низких скоростях сканирования. Генерация электрохемилюминесценции представляет собой сложный процесс, включающий гетерогенный перенос электронов, массоперенос как люминофора, так и сореагента, перекрестную реакцию активных форм сореагента и люминофора, а также динамику возбужденного состояния. Более того, любое изменение одного параметра может повлиять на все остальные параметры, так как они сильно созависимы и взаимосвязаны. Моделирование откликов, полученных здесь, с использованием хорошо зарекомендовавшего себя моделирования конечных элементов особенно сложно, учитывая сложную геометрию, которая значительно влияет на зависимость интенсивности ECL от скорости сканирования. Недавние разработки, сочетающие механистическую модель с генетическим алгоритмом, открывают большие перспективы для моделирования этих сложных систем (Rivera et al. , 2020).

В данной работе описывается изготовление и характеристика массива трехмерных титановых электродов, а также их электрохимические и электрохемилюминесцентные свойства. Примечательно, что с помощью селективного лазерного плавления были созданы четко определенные массивы микроцилиндров, где размеры микроцилиндров и расстояния между микроцилиндрами составляют <800 мкм. Хотя эти размеры означают, что внутренний объем массива может быть полностью подвергнут электролизу в течение 150 с, токовый отклик при скоростях сканирования от 10 до 500 мВ с ^-1 преобладает полубесконечная линейная диффузия к сторонам цилиндров, а не радиальная диффузия к кончикам. Примечательно, что электролиз воды неэффективен, что позволяет получать [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ в водных растворах, что невозможно при использовании обычных металлических электродов. Кроме того, последовательное образование [Ru(bpy) ₃ ] ³⁺ и [Ru(bpy) ₃ ] ¹⁺ позволяет генерировать электрохемилюминесценцию путем аннигиляции без необходимости добавления сореагента. Это открывает возможность разработки «безреагентных» анализов для гасителей ECL, включая гормоны, фармацевтические препараты, нейротрансмиттеры, окислительно-восстановительные активные неорганические материалы и наркотики. Скорость гетерогенного переноса электронов низкая из-за наличия оксидного слоя. Однако мы демонстрируем, что электроосаждение тонкого конформного слоя золота увеличивает скорость переноса электронов более чем в 80 раз. Примечательно, что при использовании трипропиламина в качестве сореагента интенсивность электрохемилюминесценции значительно увеличивается за счет золотого покрытия. Трехмерная структура массива имеет значительные преимущества, в том числе большую эффективную площадь поверхности при минимизации площади области генерации света, улучшение массопереноса за счет сокращения длины диффузии между электродами и возможность использования экспериментальной временной шкалы для управления областями массива. которые излучают свет, т. е. только кончики микроцилиндров в короткие промежутки времени и полный трехмерный объем массива в большие промежутки времени. Возможность настраивать межфазные свойства трехмерного массива после изготовления очень желательна, поскольку свойства могут быть затем оптимизированы для заданного применения, такого как датчики, электрокаталитический анализ и т. д. В частности, шероховатые поверхности, подобные разработанным здесь, которые функционализированы металлами, такими поскольку золото может обеспечить плазмонно усиленную ECL, контролируя пути излучательного и безызлучательного распада для электронно-возбужденного состояния.

ВЧ и ГВ: концептуализация. SD, SB, MD, LC, GW и RF: методология. SD, SB и MD: расследование. GW, EI и RF: ресурсы. SD, LC и RF: анализ данных. GW, EI, LC, SD, RF и ZY: проверка и формальный анализ. SD, SB и ZY: визуализация. СД и РФ: написание — подготовка первоначального проекта. SD, MD, LC, GW, EI и RF: написание — обзор и редактирование. GW, RF, EI и LC: авторский надзор. SD, GW и RF: привлечение финансирования. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Этот материал был основан на работе, поддержанной факультетом науки и здравоохранения Дублинского городского университета в рамках программы стипендий Дэниела О’Хара. Авторы выражают признательность за финансирование со стороны схемы Центра передового опыта Австралийского исследовательского совета (ARC) (CE140100012) и поддержку Австралийского национального производственного центра (ANFF) — узла материалов для доступа к инструментам 3D-печати и разработки. Эта работа была частью проекта, который получил финансирование от исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в соответствии с Соглашением о гранте Марии Склодовской-Кюри № 813439.. Эта публикация является результатом исследования, частично поддержанного исследовательским грантом от Научного фонда Ирландии (SFI) под номером гранта 16/RC/3948 и совместно финансируемого Европейским фондом регионального развития и отраслевыми партнерами FutureNeuro. Выражается благодарность за финансовую поддержку Ирландского агентства по охране окружающей среды в рамках гранта 2019-W-MS-41.

Ambrosi, A. , Му, Дж. Г., и Пумера, М. (2015). Спиральные металлические электроды, напечатанные на 3D-принтере, как трехмерная платформа нестандартной формы для электрохимических устройств. Доп. Функц. Матер. 26, 698–703. doi: 10.1002/adfm.201503902

Ли Дж., Ву Г., Цзян Дж. и Чжао Ю. (2011). Поверхностные характеристики и биоактивность оксидных пленок с галоид-ионами, образованных микродуговым оксидированием на титане in vitro . Матер. Произв. Процесс. 26, 188–192. doi: 10.1080/10426914.2010.525574

Ривера, Э. К., Саммерскейлс, Р. Л., Уппала, П. П., и Квон, Х. Дж. (2020). Механизмы электрохемилюминесценции исследованы с помощью моделирования данных датчика на смартфоне, оценки параметров и анализа чувствительности. Хим. Открыть 9, 854–863. doi: 10. 1002/open.202000165

Сяо Ю., Дай Н., Чен Ю., Чжан Дж. и Чой С.-В. (2019). О микроструктуре и коррозионном поведении селективно расплавленных лазером сплавов CP-Ti и Ti-6Al-4V в искусственной жидкости тела Хэнка. Матер. Рез. Экспресс 6:126521. doi: 10.1088/2053-1591/ab54d5

Имплантация электродов для глубокой стимуляции головного мозга (DBS) является важной терапией двигательных расстройств и некоторых психических состояний. По сравнению с обычными платино-иридиевыми (Pt-Ir) электродами электроды из нитей углеродных нанотрубок (CNTY) обладают улучшенной стабильностью и характеристиками интерфейса с меньшими искажениями во время МРТ с высокой напряженностью поля. Модели крыс Sprague-Dawley использовались для исследования in vivo гистологические и визуализационные свойства биосовместимых CNTY на протяжении всего подострого периода.

Крысам Sprague-Dawley вводили электроды CNTY ( n = 16) или контрольные Pt-Ir ( n = 16) электроды. Регистрировали поведенческие маркеры, массу тела и выживаемость. Сравнительную гистологию (HE, NeuN, CD68 и GFAP) проводили через 1, 6 и 12 недель после имплантации; МРТ 3,0 Тл выполняли через 1 и 12 недель.

Из 32 крыс 30 (по 15 в группе) выжили после имплантации без снижения активности, паралича или неспособности есть. После имплантации в обеих группах наблюдалось прогрессивное снижение активации макрофагов и истощение нейронами краев, окружающих электроды. Экспрессия маркера воспаления (CD68) была значительно ниже у крыс с имплантированными электродами CNTY по сравнению с контрольной группой во все моменты времени. Электроды CNTY также вызывали меньшее воспаление и меньшую глубину проникновения макрофагов и нейронных нарушений по сравнению с интерфейсом. Артефакты и искажения наблюдались на МРТ электродов Pt-Ir, но не CNTY.

Электроды CNTY продемонстрировали уменьшение воспалительных краев по сравнению с электродами Pt-Ir на протяжении всего подострого периода, что указывает на меньшую первоначальную травму, лучшую общую биосовместимость и меньшее образование фиброзной ткани. В сочетании с меньшим искажением МРТ электроды CNTY могут быть полезной альтернативой, когда есть необходимость контролировать размещение электродов с помощью МРТ.

Платино-иридиевые (Pt-Ir) электроды, золото и электроды из нержавеющей стали являются наиболее часто используемыми имплантируемыми нейронными электродами для глубокой стимуляции мозга (DBS), знаковым терапевтическим подходом для нейромодуляции различных двигательных расстройств и психического здоровья состояния, включая болезнь Паркинсона (БП), дистонию и эпилепсию [1]. В 1986, DBS моторного таламуса и вентрального промежуточного ядра (VIM) первоначально использовался как средство лечения рефрактерного тремора при БП [2], хотя с тех пор он использовался во внутреннем шаровидном паллидусе (GPi) и субталамическом ядре (STN) как средство лечения рефрактерного тремора при БП [2]. а также другие ядра базальных ганглиев [3].

Выбор материала электродов имеет решающее значение для электрохимических свойств интерфейса между нервными тканями и имплантированными электродами. В то время как обычные сплавы Pt-Ir обладают хорошей биосовместимостью и коррозионной стойкостью, использование платины снижает ток, а электроды из оксида иридия могут разрушаться или выпадать при длительной имплантации [4]. Предложен ряд металлических, алмазоподобных, керамических и полимерных покрытий, которые имеют явные преимущества и недостатки [5]. Кроме того, некоторые металлы могут оказывать токсическое действие на ткани [6].

Интерфейсы электрод-электролит могут быть смоделированы как простые цепи последовательной емкости и последовательного сопротивления наряду с фарадиевским сопротивлением [7]. Интерфейс электрод-электролит имеет клиническое значение, поскольку его характеристики играют роль как в безопасности, так и в эффективности лечения DBS, влияя на восстановление, стабильность, радиус электрической стимуляции и плотность активации in vivo [8]. Эти процедуры, однако, были ограничены горячими точками плотности тока на поверхности электрода, кратковременным дрейфом, старением и коррозией на границе раздела, что может неблагоприятно повлиять на доставку последовательного заряда и усилить воспалительные процессы рядом с электродом [9].].

Электроды из нержавеющей стали и, в меньшей степени, Pt-Ir электроды связаны со значительными искажениями изображения и артефактами на магнитно-резонансной томографии (МРТ) [10], что ограничивает возможности клиницистов проверить размещение и стабильность имплантированных электродов. Таким образом, существует потребность в передовых материалах, обладающих превосходной биосовместимостью и совместимых с МРТ с высокой напряженностью поля (3,0 Тл и выше). Контакты вдоль плоскости и кончика электродов DBS можно использовать для хронической стимуляции и, как правило, их можно активировать отдельно, чтобы обеспечить стимуляцию в правильном месте, что позволяет выполнять незначительные модификации даже после имплантации. Однако МРТ и стереотаксическая рентгенограмма являются важными интра- и послеоперационными индикаторами положения электродов [11].

Электроды из углеродных нанотрубок (CNTY) являются неметаллическими, и первоначальные результаты МРТ показали, что электроды CNTY показывают очень мало артефактов, при этом на 62 и 74 % снижение артефактов на спиновом эхо (SE) и градиентном эхо ( GE) последовательности [12]. CNTY недавно были предложены в качестве альтернативы электродам из нержавеющей стали и Pt-Ir, поскольку они демонстрируют превосходную емкость на границе раздела благодаря своей однородной пористой структуре и хорошей стабильности при непрерывной электрической стимуляции, а также совместимости с МРТ [13]. В сочетании с хорошей биосовместимостью [14] эти результаты позволяют предположить, что CNTY может быть многообещающим решением для преодоления ограничений обычных электродов для DBS.

С инженерной точки зрения, ряд распространенных материалов, используемых в электродах, основан на производстве тонких пленок и несовместим с коммерческими процессами изготовления, что делает эти устройства чрезмерно дорогими для производства в значительных масштабах и, таким образом, может ограничивать их практическую полезность. в биомедицине [5]. Недавние усовершенствования производственных стратегий, включающие механическое скручивание легких углеродных нанотрубок (УНТ) для получения однородных CNTY с хорошей электропроводностью, высокой механической прочностью и гибкостью, сделали производство электродов CNTY более осуществимым в больших масштабах [15]. Существуют четкие структурные и электронные характеристики углеродных нанотрубок, которые могут улучшить чувствительность, селективность, пространственное разрешение и кинетику переноса электронов по сравнению с обычными металлическими сплавами и микроэлектродами из углеродного волокна, обычно используемыми для процедур DBS in vivo [16]. Это может указывать на то, что интерфейс правильно обработанных электродов CNTY обладает превосходными и более стабильными свойствами для использования in vivo, а также практически не создает искажений на МРТ. В медицинских приложениях инвазивные диагностические инструменты, как правило, одноразовые и, следовательно, должны быть недорогими для производства большими партиями, что может быть возможно для современных CNTY, в отличие от их предшественников.

В этом исследовании CNTY были изготовлены методом скручивания и усадки, описанным Liu et al. [17] из суперориентированных массивов УНТ, синтезированных методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Для получения гидрофильной поверхности CNTY замачивали в кипящей 65 % HNO в течение 3 мин. Затем как необработанные, так и обработанные CNTY были разрезаны на сегменты по 40 см, а электроды были изготовлены путем плотного наматывания этих нитей на полиуретановый шпиндель для достижения той же формы, что и электроды Pt-Ir. Электрохимические свойства электродов в данном исследовании не проверялись, так как они были проверены ранее [13]. Поскольку используемые материалы и методы были идентичными и приготовлены в одной и той же лаборатории, предполагалось, что свойства идентичны.

Несмотря на то, что информация о характеристиках этих материалов содержится в недавней литературе, было проведено очень мало исследований, чтобы охарактеризовать прогрессивные изменения на границе раздела CNTY по сравнению с обычными металлическими электродами Pt-Ir. Таким образом, это исследование было проведено, чтобы лучше понять прогрессирующие гистологические и электрохимические характеристики интерфейса ткань-электрод в подострый период после внедрения электродов CNTY в мозг живых крыс. Были исследованы как гистологические характеристики, так и искажения на МРТ-изображениях.

Крыс Sprague-Dawley (SD) в возрасте 2–6 месяцев случайным образом распределяли в группы CNTY ( n = 16) или контрольные Pt-Ir ( n = 16) группы. Животных лечили электродами из синтезированного CNTY или из коммерческого сплава Pt-Ir (электроды Medtronic DBS, модели 3387 и 3389, Medtronic Inc. , Миннеаполис, Миннесота, США) соответственно. Электроды имплантировали в STN каждого животного. Животных содержали отдельно и им предоставляли свободный доступ к пище и воде после 2-часового периода восстановления, и их изучали в течение всего подострого периода (12 недель). Это исследование было проведено в соответствии с требованиями по уходу за животными и обращению с ними Комитета по исследованиям животных Пекинского союзного медицинского колледжа и Комитета по этике учреждения.

CNTY были синтезированы механическим скручиванием и усадкой в растворителе с использованием метода, предложенного Liu et al. [17] с использованием высококачественных УНТ, предоставленных Китайской академией наук, в результате чего были получены УНТ с хорошей механической прочностью (до 1 ГПа), однородной окружностью поперечного сечения (диаметром 50 мкм), отличной проводимостью и высокой гибкостью. Электрод был изготовлен путем намотки CNTY на полиуретановую трубку (Estane ^® 58238 TPU, Lubrizol, Огайо, США) диаметром 1,3 мм. Электрод имеет сопоставимые механические характеристики с medtronic 3389.(Дополнительный файл 1: рисунок S1). Измеренный спектр электрохимического импеданса (EIS) составил 95 и 71 Ом для необработанного и обработанного кислотой CNTY при частоте 1 кГц.

Каждое животное анестезировали внутрибрюшинной инъекцией 1 % пентобарбитала натрия (40 мг/кг), а его голову фиксировали обычной трехмерной фиксацией в стереотаксическом инструменте. Срединный разрез кожи обнажал передний родничок. В соответствии с координатами Paxinos & Watson [18] положение STN было определено как 3,8 мм позади переднего родничка, 2,5 мм до средней линии и 6 мм субдурально. Пассивные CNTY или Pt-Ir электроды имплантировали медленно и фиксировали в заданном положении.

Общая выживаемость и поведенческие модели после размещения электродов, свидетельствующие о поражении центральной нервной системы (снижение активности, паралич или неспособность принимать пищу), были зарегистрированы для всех животных сразу после имплантации пассивного электрода и через 12 недель. Оценки неврологической тяжести (NSS) использовались для оценки возможных неврологических повреждений [19]. Прибавку в весе оценивали через 1, 6 и 12 недель для всех животных как показатель общего состояния здоровья.

Для взятия образцов тканей экспериментальных животных анестезировали внутрибрюшинной инъекцией 1 % пентобарбитала натрия (40 мг/кг). Образцы ткани головного мозга брали на 1, 6 и 12 неделях из части STN, непосредственно примыкающей к электродам, путем биопсии ткани. Вкратце, анестезированным крысам проводили быструю перфузию корня аорты примерно 150 мл фосфатного буфера до тех пор, пока отток из ушка правого предсердия не очистился. Затем продолжили перфузию 200 мл 4% раствора формальдегида. Затем ткань головного мозга удаляли хирургическим путем и фиксировали в 4 % формальдегиде на 12–24 ч. Гистологические образцы готовили в виде криосрезов и нарезали на срезы X-мм для окрашивания гематоксилином и эозином (HE). Образцы также были помечены CD68 для определения плотности макрофагов (#MCA341R, 1:250, AbDSerotec, Кидлингтон, Великобритания), глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) для пролиферации астроцитов (#AB1540, 1:1000, Chemicon, Темекула, Калифорния, США). и NeuN для выживания нейронов (№ ZM0352, 1:100, Чжуншаньцзиньцяо, Пекин, Китай).

После анестезии через 12 недель животных подвергали эвтаназии с использованием 4 % параформальдегида и перфузии PBS. Мозг вырезали целиком и фиксировали 4% параформальдегидом на 12–24 часа. Ткани STN, содержащие электроды, вырезали и обычно обрабатывали для заливки в парафин. Были приготовлены последовательные срезы по 6 мкм и прикреплены к предметным стеклам, покрытым поли-1-лизином. После депарафинизации ксилолом срезы окрашивали ГЭ. Другие срезы инкубировали с антителами против CD68, GFAP или NeuN при 4 °C в течение ночи с последующим добавлением соответствующего разведения вторичного антитела, конъюгированного с пероксидазой хрена, а затем 3,3′-диаминобензидина (DAB). Предметные стекла монтировали, наблюдали с помощью световой микроскопии (BX51, Olympus, Япония) при 100×.

МРТ-сканирование проводили на живых животных в возрасте 1 и 12 недель с использованием Philips MRI Systems 72 3.0 TX (Амстердам, Нидерланды). Перед МРТ-сканированием крыс анестезировали внутрибрюшинной инъекцией 1% пентобарбитала натрия (40 мг/кг), а голову животного фиксировали в катушке с осью тела по средней линии. Т1- и Т2-взвешенные коронарные и сагиттальные сканы были выполнены с толщиной срезов 2,0 мм и интервалом 0,2 мм. Параметры Т1-взвешенного изображения: TE = 20 мс, TR минимум = 500 мс, TR максимум = 700 мс, матрица ACQ M × P = 216 × 120. Параметры T2-взвешенного изображения: TE = 110 мс, TR = 2000 мс, матрица ACQ M × P = 216 × 175. Регистрировались расположение и появление артефактов, шума и общее качество T1- и T2-взвешенных изображений.

Данные были обработаны с использованием SPSS 11.0 (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, США) и представлены как среднее ± стандартная ошибка среднего (SEM). Различия анализировали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) и t -тестов Стьюдента. P — значения менее 0,05 считались статистически значимыми.

Из 32 крыс, которым имплантировали электроды, две (6,3 %) крысы (одна в группе CNTY и одна в контрольной группе) не выжили из-за острой блокады дыхательных путей. тракта во время процедуры. Все остальные крысы дожили до 12 недель. Не наблюдалось существенных различий между кормом CNTY и контрольных крыс (4,3 ± 0,36 против 4,4 ± 0,41 месяцев), массой тела (242 ± 22 против 245 ± 25 г) и выживаемостью (93,8 %). Никаких существенных различий в механической прочности, однородности, размерах поперечного сечения (50 мкм в диаметре), проводимости или гибкости у синтезированных электродов CMTY не наблюдалось.

Из 15 выживших крыс в каждой группе 10 CNTY и 9 контрольных крыс демонстрировали снижение количества еды и питья в течение примерно 3 дней, когда им был предоставлен свободный доступ к пище и воде после операции. Ни у одного из животных ни в одной из групп не наблюдалось замедления движений, тремора, перекоса, вращения, изменения агрессии или другого поведения, свидетельствующего о поражении центральной нервной системы. NSS был равен 0 для всех выживших животных. В то время как прибавка в весе существенно не отличалась между CNTY и контрольной группой в любой момент времени, животные в группе CNTY продемонстрировали немного более высокий прирост веса через 6 и 12 недель (рис. 1). Эти результаты показывают, что между двумя группами, вероятно, нет значительного влияния на общее состояние здоровья в течение подострого периода, хотя более крупные группы потенциально могут указывать на некоторые преимущества биосовместимых электродов в остром периоде после имплантации.

Эти тесты постоянно выявляли грубые различия между группами через 1 и 12 недель (рис. 2). В частности, слои воспалительных клеток, прилегающие к контрольным электродам, были значительно толще через 1 неделю после окрашивания HE, что свидетельствует о воспалении и остром повреждении тканей (рис. 2a, e). К 12 неделям края были более похожими, что свидетельствует об уменьшении воспаления тканей в обеих группах; однако области, не относящиеся к нейронам, оставались несоответствующими при окрашивании HE (рис. 2i, m). На 1-й и 12-й неделе окрашивание NeuN постоянно выявляло заметно более тонкий и более рассеянный набор жизнеспособных нейронов (коричневые) вокруг электродов CNTY (рис. 2b, j) по сравнению с электродами Pt-Ir (рис. 2f, n). Соответственно, плотность макрофагов CD68 (коричневые) вокруг контрольных электродов была заметно больше и плотнее, чем вокруг электродов CNTY (рис. 2c, k), что подтверждает повышенную интенсивность острого воспалительного ответа в контрольной группе (рис. 2g, o). Аналогичная пролиферация астроцитов, свидетельствующая о хронической воспалительной реакции, наблюдалась при окрашивании GFAP в обеих группах (рис. 2d, h, l, p). В целом гистологические результаты показали незначительное снижение воспалительных процессов в остром (1 неделя) периоде с использованием электродов CNTY, хотя электроды в обеих группах показали уменьшение воспаления к 12 неделям. Признаков хронического цитотоксического действия не наблюдалось ни в одной из групп.

Результаты макроскопического гистологического исследования тканей вокруг имплантированных CNTY и контрольных Pt-Ir электродов на 1-й и 12-й неделе (×100). a окрашивание HE тканей вокруг электрода CNTY через 1 неделю; b NeuNиммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY через 1 неделю; c Иммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY на CD68 через 1 неделю; d Иммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY на GFAP через 1 неделю; e ГЭ-окрашивание тканей вокруг Pt-Ir электрода через 1 неделю; f NeuNиммуноокрашивание тканей вокруг Pt-Ir электрода через 1 неделю; г Иммуноокрашивание тканей вокруг Pt-Ir-электрода на CD68 через 1 неделю; ч Иммуноокрашивание тканей вокруг Pt-Ir-электрода на GFAP через 1 неделю; и Окрашивание HE тканей вокруг электрода CNTY через 12 недель; j NeuNиммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY через 12 недель; k Иммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY на CD68 через 12 недель; l Иммуноокрашивание тканей вокруг электрода CNTY на GFAP через 12 недель; м ГЭ окрашивание тканей вокруг Pt-Ir электрода через 12 недель; n NeuNиммуноокрашивание тканей вокруг Pt-Ir электрода через 12 недель; o Иммуноокрашивание тканей вокруг Pt-Ir-электрода на CD68 через 12 недель; p Иммуноокрашивание GFAP тканей вокруг Pt-Ir электрода через 12 недель

состоящий из отложений белка, глиальных клеток и макрофагов, образовавшихся из-за травмы при размещении электродов), постепенно уменьшался в обеих группах с 1 до 12 недель. Примечательно, что у животных, получавших CNTY, площадь ненейрональной ткани была значительно ниже во все моменты времени (9).0197 P < 0,05; рис. 3), и имело большее распространение жизнеспособных нейронов, чем контрольная группа, что видно при макроскопической гистологии, во все моменты времени. GFAP-положительные астроциты вокруг электродов CNTY находились в хронической фазе и демонстрировали сравнительно сниженную пролиферацию.

Толщина обедненных нейронами участков вокруг CNTY и контрольных Pt–Ir электродов. Через 1, 6 и 12 недель после имплантации электродов сравнивали толщину обедненного нейронами слоя мозговой ткани, окружающего электроды. * P < 0,05, ** P < 0,01

Распределение CD68-позитивных клеток (активация макрофагов) уменьшалось в зависимости от расстояния от электрода в обеих группах, с неизменно более низким плотности макрофагов с CNTY по сравнению с контрольными электродами (рис. 4а, б, в). В то время как первоначальные 1- и 6-недельные результаты показали значительно большее проникновение активации макрофагов, 12-недельные результаты были одинаковыми в обеих группах.

Активация макрофагов (CD68-положительная плотность) через 1, 6 и 12 недель вокруг CNTY и контрольных Pt-Ir электродов. a CD68-положительная плотность клеток через 1 неделю после имплантации. **Р<0,01. b CD68-положительная плотность клеток через 6 недель после имплантации. *Р<0,05; **Р<0,01. c CD68-положительная плотность клеток через 12 недель после имплантации. **P < 0,01

В то время как на МРТ электродов CNTY наблюдались минимальные артефакты и шумы, электроды из сплава Pt-Ir давали характерно более крупные артефакты (примерно 3 мм в диаметре вокруг электрода, скрывающие ткань). детали, непосредственно окружающие электрод) и больший диффузный шум на МРТ как для Т1-, так и для Т2-взвешенных изображений.

Крысы, которым имплантировали электроды из CNTY или сплава Pt-Ir, показали сходную выживаемость и постепенное восстановление после имплантации. Однако крысы с электродами CNTY показали сравнительно более низкие уровни воспаления при гистологическом исследовании и более узкие полосы истощения нервных клеток, прилегающие к электродам, через 12 недель. На 1 и 12 неделе электроды CNTY давали минимальные артефакты МРТ, что позволяло четко визуализировать окружающие ткани и подтверждать размещение электродов. Это исследование предоставляет предварительные доказательства того, что использование электродов CNTY может привести к ограничению воспаления, уменьшению локализованного истощения нервной системы и превосходной визуализации МРТ, что относительно упрощает обеспечение правильного положения электродов и минимизирует травму при установке (рис. 5, 6). .

МРТ-сравнение электродов Pt-Ir и CNTY через 1 неделю после имплантации. a , c Т1- и Т2-взвешенные изображения электродов CNTY соответственно; b , d Т1- и Т2-взвешенные изображения контрольных электродов из сплава Pt-Ir соответственно

Сравнение МРТ электродов Pt-Ir и CNTY через 12 недель после имплантации. a , c T1- и T2-взвешенные изображения электродов CNTY соответственно. b , d T1- и T2-взвешенные изображения контрольных электродов из сплава Pt-Ir, соответственно

Электроды DBS могут быть изготовлены из различных металлов, таких как благородные металлы, такие как золото и платина ( разработан, чтобы быть минимально токсичным), а также из нержавеющей стали. Различные материалы коммерчески доступны и описаны в литературе, в которой были предложены новые материалы и методы производства для получения конкретных электрохимических характеристик, подходящих для использования нейронных электродов in vivo. К ним относятся характеристики поверхности (шероховатая поверхность может снизить импеданс интерфейса и обеспечить превосходную стабильность электрического потенциала электродов) и проводящие свойства. Хотя проводящие полимеры и даже покрытия из УНТ могут достигать улучшенных электрохимических свойств по сравнению с обычными электродами из металлических сплавов, они по-прежнему ухудшаются из-за проблем с отделением покрытия и иммунным ответом, особенно при длительном использовании [4, 5].

Биосовместимость нервного электрода характеризуется ограниченной воспалительной реакцией, большой площадью поверхности раздела с пористой поверхностью электрода и минимальным истощением нейронов вокруг электрода [5]. Хотя биосовместимость УНТ все еще остается спорной, недавние исследования показали, что высокоориентированные листы и нити УНТ толщиной 50 нм, произведенные с минимальным остаточным содержанием материалов каталитического перехода, обладают превосходной биосовместимостью и не вызывают токсического воздействия на ткани, как многие металлы [6]. Кроме того, было продемонстрировано, что эти материалы поддерживают долгосрочный рост клеток различных типов, включая фибробласты кожи, шванновские клетки, постнатальные нейроны коры [20] и нейроны мозжечка [6]. Правильно спроектированные электроды CNTY могут не только предотвращать чрезмерное воспаление, но также, возможно, индуцировать рост нейронов на тех же уровнях, что и при использовании таких материалов, как стекло с полиорнитиновым покрытием [6].

В этом исследовании результаты HE и IHC подтверждаются результатами предыдущих исследований, в которых сообщалось, что материалы CNT имеют потенциал для применения как in vitro, так и in vivo [6, 21]. Гальван-Гарсия и др. [6] сообщили, что УНТ могут быть использованы в качестве контактной поверхности для роста многих клеток. Шванновские клетки и клетки ганглиев задних корешков растут и мигрируют на поверхности УНТ [6]. Результаты этого исследования показывают, что после имплантации в ткань головного мозга животных обедненные нейронами области вокруг электродов CNTY были более узкими, а воспалительная реакция была мягче по сравнению с областью, окружающей электроды из сплава Pt-Ir. Эти данные подтверждают биосовместимость электродов CNTY.

Механизмы острой фазы реакции, или практически мгновенных реакций организма, запускаемых имплантированными электродами, хорошо изучены [22]. Эта первоначальная травма приводит к очень разной степени травмы ткани, такой как повреждение и разрыв кровеносных сосудов, локальный отек и даже локальная гибель нейронов. Резкое повышение сывороточного амилоида А и С-реактивного белка в этот период может происходить в результате воспалительной реакции на интерфейсные материалы [23]. Последующая вазодилатация и застой могут вызвать длительную секрецию иммуноглобулинов, комплемента и антитромбина из клеток, прилегающих к электроду, что приведет к воспалению и увеличению размера зоны неблагоприятного воздействия на ткани вокруг вновь установленного электрода [24]. Нейтрофилы, моноциты и лимфоциты постепенно мигрируют и рекрутируются вокруг инородного тела, а активированные макрофаги собираются на поверхности электрода [25].

В этом исследовании большое количество воспалительных клеток вокруг электрода было четко видно при обычном окрашивании HE через 1 неделю, а окрашивание CD68 также показало активацию макрофагов вокруг электродов CNTY и Pt-Ir, хотя плотность и глубина агрегации зависит от типа электрода. Эти результаты позволяют предположить, что реакция острой фазы, вызванная CNTY, слабее, чем реакция, вызываемая обычным электродом Pt-Ir. Эти результаты дают предварительные доказательства того, что электроды CNTY могут уменьшить послеоперационные воспалительные реакции, такие как лихорадка и лейкоцитоз. Однако необходимы дальнейшие испытания для проверки биосовместимости электродов CNTY на людях и при различных условиях электрического тока (а не пассивно используемых в этом исследовании).

Хотя первоначальная установка электродов имеет решающее значение, последующее образование многоядерных гигантских клеток инородного тела (FBGCs) большим количеством макрофагов, неспособных поглотить инородное тело, может способствовать пролиферации фибробластов и синтезу коллагена и протеогликанов [ 26]. Для изоляции инородного тела могут образовываться фиброзные кисты, что приводит к прогрессивным изменениям удельного электрического сопротивления, основанным на постепенном изменении характера поверхности раздела электрод-ткань, увеличивая величину тока, необходимого для получения ожидаемых эффектов [27]. Таким образом, степень фиброза является важным фактором, влияющим на работу имплантированного электрода. Таким образом, в этом исследовании изучалось прогрессирование от 1 до 12 недель, демонстрируя грубые гистологические изменения толщины фиброзных слоев вокруг электродов (область, обедненная нейронами), которые были заметно меньше при использовании электродов CNTY по сравнению с электродами из сплава Pt-Ir.

Из-за разной магнитной восприимчивости металлосодержащих электродов вокруг электродов наблюдаются крупные МРТ-артефакты, которые влияют на распознавание положения электродов и идентификацию окружающих структур [5]. Эти первоначальные данные свидетельствуют о том, что CNTY могут иметь более выгодные характеристики по сравнению со сплавами Pt-Ir и других благородных металлов. Благородные металлы могут давать характерные искажения и артефакты в наведенных магнитных полях, которые становятся более заметными на МРТ с использованием высокой напряженности статического поля 3,0 Тл и выше и могут варьироваться в зависимости от положения/ориентации по отношению друг к другу и к плоскости приложенного магнитного поля. поле [28].

Различия в восприимчивости были идентифицированы как основная причина искажения из-за артефактов на МРТ нервных электродов [12]. Поскольку электроды CNTY изготовлены из неметаллических углеродных наноматериалов, их магнитная восприимчивость аналогична модельным растворам. Кроме того, спиннинговый метод, используемый для генерации CNTY, снижает влияние магнитного поля на электрод, так что артефактные сигналы МРТ чрезвычайно слабы, как показано в исследованиях in vitro [12]. В этом исследовании сканирование МРТ показало, что имплантированные электроды CNTY практически не производят артефактов МРТ, что позволяет четко визуализировать патологические изменения вокруг электродов. Напротив, артефакты от электродов Pt-Ir искажали изображение вокруг электродов, что затрудняло точное определение точной локализации положения электродов in vivo.

Небольшой размер выборки и анатомические различия в моделях на животных требуют дальнейшей проверки этих результатов в клинических условиях. Кроме того, лучшая контрольная группа была бы достигнута с использованием коммерчески доступных микроэлектродов из углеродного волокна, но электрода подходящего размера для крыс не было. Для адекватного сравнения этих электродов необходимо будет провести дополнительные исследования на крупных животных моделях. Настоящее исследование было разработано только для оценки биосовместимости CMTY, ток стимуляции не применялся; это будет рассмотрено в будущих исследованиях. Наконец, гистологические изменения проводились только через 1 и 12 недель, поскольку повторная биопсия ткани могла еще больше повредить животных и исказить результаты. Тем не менее, эти предварительные результаты убедительно свидетельствуют о том, что CNTY может обеспечить превосходные характеристики с точки зрения биосовместимости и пределов истощения нейронов и активации макрофагов по сравнению с обычными электродами Pt-Ir.

Это исследование демонстрирует, что гистологические изменения, включая воспаление и истощение нервной системы, представляют собой прогрессирующие процессы с течением времени в подостром периоде от 1 до 12 недель после имплантации мозговых электродов. Электроды CNTY приводили к начальному и конечному уровню воспаления и пределам истощения нейронов, которые были значительно меньше, чем у сопоставимых обычных электродов Pt-Ir. Известно, что CNTY прочны, гибки и обладают хорошими электрохимическими свойствами, с такой же емкостью и стабильностью, что и электроды Pt-Ir [13]. Электроды CNTY также давали меньше видимых артефактов МРТ по сравнению с электродами Pt-Ir в условиях in vivo.

D’Andrea G, Angelini A, Foresti C, Familiari P, Caroli E, Frati A. Платино-иридиевые игольчатые электроды, совместимые с подкожной магнитно-резонансной томографией, подходят для интраоперационного нейрофизиологического мониторинга во время хирургии под визуальным контролем с использованием сильного поля. интраоперационная магнитно-резонансная томография: экспериментальное исследование. Нейрохирургия. 2014; 10 (Приложение 3): 387–9. 2 (обсуждение 92) .
Хамани С., Рихтер Э.О., Андраде-Соуза Ю., Хатчисон В., Сен-Сир Дж.А., Лозано А.М. Соответствие картирования микроэлектродов магнитно-резонансной томографии при процедурах на субталамическом ядре. Сур Нейрол. 2005;63:249–53 (обсуждение 53) .
Бхавараджу Н.К., Нагарадди В., Четлапалли С.Р., Осорио И. Электрические и тепловые характеристики электродов из цветных благородных металлов, подвергнутых воздействию полей МРТ. Магнитно-резонансная томография. 2002; 20: 351–7.

YG, RZW и LML участвовали в разработке концепции и дизайна; YG, WRD, CM, CQJ, YKX, HWH, RZW, LML участвовали в сборе данных или анализе и интерпретации данных; YG, RZW и LML принимали участие в составлении рукописи или ее критическом редактировании на предмет важного интеллектуального содержания; все авторы дали окончательное одобрение версии для публикации. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения. Отказ от права Creative Commons на общественное достояние (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) применяется к данным, представленным в этой статье, если не указано иное.

Принципиальная схема для нашего эксперимента показана на рис. 3. Здесь V1 и V2 — два источника питания. V2 подает непульсирующее постоянное напряжение, тогда как V1 подает полуволновое пульсирующее выпрямленное постоянное напряжение (HWRPD). Поскольку отрицательная клемма V1 подключена к электроду 1, он действует как катод. Разность потенциалов между электродом 1 и сеткой из-за V1 обозначается как Vcg. Положительный вывод V2 подключен к электроду 2 и действует как анод, а разность потенциалов на нем называется Vag. Точно так же ток через катод, анод и сетку называется Ic, Ia и Ig соответственно. Поскольку электрод сетки является общим для обоих источников питания V1 и V2, мы называем это соединение общей конфигурацией сетки.

Всю систему можно рассматривать как два электролизера: один слева с питанием от источника V1, другой справа с питанием от источника V2. Следовательно, когда V1=0 (создается путем удаления V2), он действует как двухэлектродная система (электролизер RHS). Теперь, когда подается напряжение V1, оно действует как трехэлектродная система, и мы изучаем влияние V1 на ВАХ электролиза на RHS. Точно так же при V1=0 он действует как двухэлектродный электролизер на LHS, и мы изучаем влияние напряжения V2 на ВАХ электролиза на LHS.

На рис. 4 показан график зависимости плотности анодного тока (Ia) от приложенного напряжения Vag при различных фиксированных напряжениях HWRPD Vcg. Здесь Vcg = 0 было получено путем отключения источника питания Vcg. На рисунке видно, что когда Vcg = 0 В, Ia начинает появляться с Vag = 2,35 В, что является начальным напряжением реакции (Vs) электролиза воды. Выше 2,35 В Ia увеличивается линейно. По мере увеличения Vcg Ia начинает проявляться при более низких значениях Vag. Поэтому, когда Vcg увеличивается, Vs уменьшается, и выше Vs Ia увеличивается линейно, как и в случае Vcg = 0V. Теоретически вода начинает расщепляться при 1,23 В, поэтому для случая Vcg = 0 В перенапряжение составляет 1,12 В. Аналогичным образом значения начального напряжения реакции и перенапряжения рассчитываются для всех других значений Vcg и отображаются на рис. 5.9.0003

На рисунке видно, что Vs уменьшается с 2,35В при Vcg=0В до 0,84В при Vcg=5В. аналогичным образом наблюдается уменьшение перенапряжения с увеличением Vcg. Это показывает, что этот внешний источник напряжения Vcg заставляет снижать перенапряжение электролиза воды.

На рис. 6 показан график зависимости рабочего сопротивления ячейки от приложенного напряжения HWRPD Vcg. Рабочее сопротивление ячейки рассчитывается по наклону линейной аппроксимации графика Ia-Vag (рис. 3). На рисунке видно, что рабочее сопротивление ячейки уменьшается с увеличением Vcg. Это показывает, что применение внешнего источника напряжения ГВРЗУ Vcg приводит к уменьшению рабочего сопротивления электролизера и, следовательно, к повышению его производительности.

На рис. 4 при фиксированном напряжении Vag по вертикали (скажем, Vag = 4 В) видно, что Ia увеличивается с увеличением Vcg. Это показывает, что Ia и, следовательно, рабочие характеристики элемента могут быть улучшены за счет подачи внешнего напряжения Vcg HWRPD.

Чтобы увидеть влияние внешнего источника напряжения Vag на катодную плотность тока (Ic), мы приложили фиксированное напряжение HWRPD Vcg в левом отсеке ячейки (см. рис. 3) и измерили Ic, варьируя Vag. На рис. 7 показано изменение Ic в зависимости от Vag при различном напряжении HWRPD Vcg. На рисунке видно, что при Vcg < 0,5 В катодная плотность тока (Ic) практически равна нулю при всех напряжениях Vag. При Vcg = 1 В, 1,3 В, 1,5 В и 1,8 В катодная плотность тока (Ic) начинает проявляться при Vag = 6,4 В, 4,6 В, 4 В и 2,2 В соответственно. Это означает, что плотность тока (Ic) появляется даже при Vcg < 2 В (ниже Vs), когда Vag высокое. Это показывает, что приложение внешнего напряжения Vag заставляет реакцию начинаться при более низком значении Vcg.

На рис. 8 показано изменение Ic в зависимости от напряжения катодной сетки HWRPD Vcg при различных фиксированных значениях Vag = 0 В, 1 В, 2 В, 3 В и 4 В. Эти данные получают, отмечая значения Ic при различном напряжении Vcg для фиксированного значения Vag, проводя вертикальные линии по оси X. Для Vag = 0 В до 3 В Ic начинает появляться с Vcg = 2 В. Но для Vag = 4 В и 5 В Ic появляется при Vcg = 1,5 В и 1,3 В, что намного меньше начального напряжения реакции (Vs). Это еще раз показывает, что приложение высокого внешнего напряжения Vag заставляет начать расщепление воды на ее компоненты при более низком напряжении Vcg, снижая перенапряжение реакции.

По наклону линии наилучшего соответствия Ic Vs Vcg для различных фиксированных кривых напряжения Vag определяется рабочее сопротивление ячейки в зависимости от Vcg и показано на рис. 9. Из рисунка видно, что рабочее сопротивление клетка уменьшается по мере увеличения Vag.

На рис. 10 показано изменение плотности тока сетки Ig в зависимости от Vag при различном напряжении HWRPD Vcg. На рисунке видно, что для фиксированных напряжений Vcg = от 0 В до 1,8 В при увеличении Vag значение Ig уменьшается от начального нулевого значения (Ig = 0A) до отрицательного значения. При Vcg = от 2 В до 5 В Ig уменьшается от положительного значения до нуля, а затем до отрицательных значений. Это означает, что в зависимости от значений Vcg ток сетки (Ig) может быть положительным, нулевым и отрицательным. Изменение знака плотности тока сетки (Ig) можно объяснить с помощью рис. 3 выше. На рисунке видно, что благодаря источнику напряжения Vcg ток Ig течет в левом отсеке по часовой стрелке, как показано. Точно так же, благодаря источнику напряжения Vag, ток Ig течет в правом отсеке ячейки по часовой стрелке. Таким образом, направление тока в сетчатом электроде за счет Vcg противоположно Vag. Когда Vcg > Vag, Ic > Ia, это приводит к положительному току сетки. Точно так же, когда Vcg < Vag, Ig становится отрицательным. Когда Vcg = Vag, Ig становится равным нулю. Поэтому, в зависимости от значений Vcg и Vag, Ig может быть положительным, отрицательным или нулевым.

Чтобы увидеть поведение каждого тока: Ic, Ig и Ia по отношению к Vcg, все три тока построены с изменением Vcg для двух разных значений Vag (Vag=1 В и 5 В). На рис. 11 показано изменение Ic, Ig и Ia в зависимости от Vcg при фиксированном Vag=1В и 5В. Из рисунка, а также из анализа профиля данных видно, что эти токи Ic, Ia и Ig следуют реакции Ic=Ia+Ig, где Ic и Ia всегда принимают положительное значение, а Ig может быть положительным или отрицательным, как обсуждалось выше.

На рис. 11 (слева) видно, что когда напряжение Vcg низкое (Vcg=1 В), Ig всегда положителен, а ток Ic= Ig +Ia. Поэтому при низком Vag поток тока в каждом отсеке ячейки показан на рис. 12 (слева). Точно так же, когда Vcg высокое (рис. 11 (справа)), ток Ia определяется как Ia = Ic + Ig. Течение тока в каждом отсеке в этом случае показано на рис. 12 (справа).

На рис. 12 видно, что ток Ia течет в правом отсеке, а ток Ic течет в левом отсеке ячейки. Следовательно, ток Ic производит кислород и водород в левой части ячейки, а ток Ia производит кислород и водород в правой части ячейки, потому что левая сторона ячейки сетчатого электрода ячейки действует как анод, а правая сторона ячейки действует как катод. Следовательно, благодаря источнику напряжения Vcg ток Ic течет в отсеке LHS ячейки, производящей H ₂ на катоде и O ₂ на левой стороне сетчатого электрода. Аналогично, ток Ia протекает в правом отсеке ячейки, вырабатывая O ₂ на аноде и H ₂ на правой стороне сетчатого электрода (см. рис. 2). Таким образом, Ic+Ia представляет собой общий H ₂ или O ₂ производящий ток. Чтобы увидеть производительность ячейки с применением напряжения Vcg HWRPD, общий производящий ток H ₂ или O ₂ (Ia+Ic) отображается в зависимости от общей входной электрической мощности Pin, подаваемой на ячейку для различных фиксированных значений Vcg. и показано на рисунке 12, Pin рассчитывается с использованием соотношения Pin = Vcg×Ic + Vag×Ia. Здесь видно, что для всех Vcg, когда Pin увеличивается, общая плотность тока, производящего кислород или водород (Ic+Ia), также увеличивается (нелинейно). На рисунке видно, что для фиксированного Pin, скажем, Pin = 5 Вт, общая плотность тока (Ic+Ia) увеличивается с 0,311 А/см ² до 0,502 А/см ² с увеличением Vcg. Увеличение плотности тока означает увеличение производства водорода и кислорода. Это показывает, что применение внешнего питания Vcg приводит к значительному улучшению производства H ₂ и O ₂, что свидетельствует о высоком повышении эффективности электролизера. На рисунке 12 самая нижняя кривая представляет собой кривую зависимости Ia + Ic от Pin для случая Vcg=0. Когда Vcg=0, Ic=0. Итак, это в основном график для двухэлектродной системы (правый отсек ячейки). На рисунке (Ic+Ia) самое низкое значение для всех выводов, когда Vcg=0 В (т.е. для двухэлектродной системы). По мере увеличения Vcg кривая смещается в сторону более высоких значений (Ic+Ia). Это означает, что общая плотность тока для трехэлектродной системы всегда выше, чем для двухэлектродной. Следовательно, при фиксированном Pin, Ic +Ia и, следовательно, КПД электролизера с трехэлектродной системой увеличивается с увеличением внешнего источника напряжения. Однако это справедливо не для всех значений Pin и Vcg. Например, при Vcg=5 В и Pin < 4,5 Вт кривая (Ic +Ia) (закрашена зеленым цветом) отклоняется вниз ниже случая (Ic +Ia) для случая Vcg=4 В.

Чтобы увидеть влияние типа источника напряжения, используемого для Vcg, все эксперименты, упомянутые выше, были повторены путем замены источника HWRPD Vcg на использование двухполупериодного выпрямленного постоянного тока, а также непульсирующего источника постоянного тока. График всех кривых показывает одинаковую тенденцию (не показана на рисунке) во всех случаях, и наилучшие характеристики были отмечены при использовании источника HWRPD для Vcg.

Ниже мы показываем только сравнительное исследование (Ia + Ic) Vs Pin для напряжения HWRPD, замененного напряжением постоянного тока для Vcg, показанным ниже. На рис. 13 показан сравнительный график полного тока (Ic+Ia) с Pin для Vcg = 0 В, 2 В, 4 В и 5 В для источника постоянного напряжения и напряжения HWRPD. На рисунке видно, что для фиксированного Pin (скажем, 5 Вт) общая плотность тока (Ic+Ia) высока, когда для Vcg используется источник напряжения HWRPD. Это означает, что эффективность производства газообразного водорода или кислорода несколько выше при высоком значении Pin, когда вместо непульсирующего источника постоянного тока используется источник напряжения HWRPD (Vcg). Это показывает, что эффективность электролизера для источника однополупериодного выпрямленного напряжения выше, чем для источника непульсирующего постоянного напряжения.

Мы также повторили все с заменой сетчатого (пластинчатого) электрода b сетчатым (стальным сетчатым) электродом (будет опубликовано). Мы также воспроизвели весь эксперимент с конфигурацией катода (будет опубликована), и во всех случаях производительность ячейки была улучшена.

Прежде чем обсуждать отведения ЭКГ и различные системы отведений, необходимо уточнить разницу между отведениями ЭКГ и 9 отведениями.1739 Электроды ЭКГ . Электрод представляет собой токопроводящую пластину, которая прикрепляется к коже и позволяет регистрировать электрические токи. ЭКГ отведение представляет собой графическое описание электрической активности сердца и создается путем анализа нескольких электродов. Другими словами, каждое отведение ЭКГ вычисляется путем анализа электрических токов, обнаруженных несколькими электродами. Стандартная ЭКГ, называемая ЭКГ с 12 отведениями , поскольку она включает 12 отведений, создается с использованием 10 электродов. Эти 12 отведений состоят из двух наборов отведений ЭКГ: отведений от конечностей и грудных отведений. Грудные отведения также могут обозначаться как прекардиальных отведений . В этой статье подробно обсуждаются отведения ЭКГ, и никаких предварительных знаний не требуется. Обратите внимание, что термины монополярные отведения и биполярные отведения не рекомендуются, поскольку все отведения ЭКГ являются биполярными, поскольку они сравнивают электрические токи в двух точках измерения.

Движение заряженных частиц генерирует электрический ток. В электрокардиологии заряженные частицы представлены внутри- и внеклеточными ионами (Na ⁺, К ⁺, Са ²⁺). Эти ионы проходят через клеточные мембраны (чтобы клетка могла де- и реполяризоваться) и между клетками через щелевые контакты (чтобы деполяризация могла распространяться между клетками).

Разность электрических потенциалов возникает при прохождении электрического импульса через сердце. Разность электрических потенциалов определяется как разность электрических потенциалов между двумя точками измерения. В электрокардиологии такими точками измерения являются кожные электроды. Таким образом, разность электрических потенциалов представляет собой разность электрических потенциалов, определяемых двумя (или более) электродами.

В предыдущем обсуждении было выяснено, как де- и реполяризация генерирует электрический ток. Также было объяснено, что электрические токи доходят до кожи, потому что ткани и жидкости, окружающие сердце, да и все человеческое тело, действуют как электрические проводники. Поместив электроды на кожу, можно обнаружить эти электрические токи. Электрокардиограф (аппарат ЭКГ) сравнивает, усиливает и фильтрует разности электрических потенциалов, регистрируемые электродами, и представляет результаты в виде отведений ЭКГ. Каждое отведение ЭКГ представлено в виде диаграммы (иногда называемой 9кривая 1739 г.).

Были протестированы многочисленные системы отведений ЭКГ и комбинации отведений, но стандартная ЭКГ в 12 отведениях по-прежнему является наиболее используемой и наиболее важной системой отведений для освоения. ЭКГ в 12 отведениях предлагает выдающиеся возможности для диагностики аномалий. Важно отметить, что подавляющее большинство рекомендуемых критериев ЭКГ (например, критериев острого инфаркта миокарда) были получены и подтверждены с использованием ЭКГ в 12 отведениях.

ЭКГ с 12 отведениями, как следует из названия, отображает 12 отведений, которые формируются с помощью 10 электродов. Три из этих отведений легко понять, поскольку они являются просто результатом сравнения электрических потенциалов, зарегистрированных двумя электродами; один электрод исследует, а другой является электродом сравнения. В оставшихся 9приводит к тому, что исследуемый электрод по-прежнему является одним электродом, но эталон получается путем объединения двух или трех электродов.

В любой момент сердечного цикла все отведения ЭКГ анализируют одни и те же электрические события, но под разными углами. Это означает, что отведения ЭКГ с одинаковыми углами должны отображать аналогичные кривые ЭКГ (диаграммы). Для некоторых целей (например, для диагностики некоторых аритмий) не всегда необходимо анализировать все отведения, поскольку диагноз часто можно установить, исследуя меньшее количество отведений. С другой стороны, с целью диагностики морфологических изменений (например, ишемии миокарда) возможность сделать это увеличивается по мере увеличения количества отведений. ЭКГ в 12 отведениях — это компромисс между чувствительностью, специфичностью и выполнимостью. Очевидно, что наличие 120 отведений (что было протестировано в нескольких исследованиях острого инфаркта миокарда) улучшит чувствительность для многих состояний за счет специфичности и, безусловно, осуществимости. Другая крайность: использование только одного отведения позволило бы диагностировать несколько аритмий, но, конечно, не все, и, что более важно, не позволило бы диагностировать морфологические изменения в сердце. Позже станет ясно, почему для диагностики морфологических изменений необходимо несколько отведений.

Электрокардиограф представляет по одной диаграмме для каждого отведения. Напряжение представлено по вертикальной (Y) оси, а время по горизонтальной (X) оси диаграммы. На листе ЭКГ 90 127 маленьких клеток 90 055 (тонкие линии) и 90 127 больших клеток 90 055 (жирные линии). Маленькие коробки представляют собой квадраты со стороной 1 мм ², внутри каждой большой коробки 5 маленьких коробок. См. Рисунок 15 .

При нормальном усилении (калибровка) 10 мм по вертикальной оси соответствует 1 мВ. Таким образом, 1 мм соответствует 0,1 мВ. Амплитуда (высота) волны/прогиба измеряется от максимума волны/прогиба до базовая линия (также называемая изоэлектрической линией ).

Скорость бумаги для ЭКГ обычно составляет 25 мм/с или 50 мм/с (10 мм/с можно использовать для более длинных записей). Все современные аппараты ЭКГ могут переключаться между этими скоростями бумаги, и выбор скорости не влияет ни на один аспект интерпретации ЭКГ (хотя волны лучше очерчиваются при скорости 50 мм/с). Любой, кто хочет стать специалистом в интерпретации ЭКГ, должен освоить любую скорость бумаги. На рисунке ниже ( Рисунок 15 ) показывает разницу между 50 мм/с и 25 мм/с. Этот рисунок следует внимательно изучить и обратить внимание на различия по оси X (относительно оси Y различий нет). Для представления ЭКГ в этом курсе будут использоваться как 25 мм/с, так и 50 мм/с.

Каждое отведение представляет собой разность электрических потенциалов, измеренных в двух точках пространства. Самые простые отведения состоят из двух электродов. Электрокардиограф определяет один электрод как исследующий (положительный), а другой — как контрольный (отрицательный). Однако в большинстве отведений эталон фактически состоит из комбинации двух или трех электродов. Независимо от того, как настроены исследуемый электрод и эталон, векторы оказывают одинаковое влияние на кривую ЭКГ. Вектор, направленный к исследуемому электроду, дает положительную волну/отклонение и наоборот . См. Рисунок 16 .

Рис. 16. Электрокардиограф генерирует отведение ЭКГ, сравнивая разность электрических потенциалов в двух точках в пространстве. В самых простых отведениях эти две точки являются двумя электродами (показаны на этом рисунке). Один электрод служит исследуемым электродом (положительным), а другой электродом сравнения. Электрокардиограф сконструирован таким образом, что электрический ток, идущий к исследуемому электроду, вызывает положительное отклонение, и наоборот.

Электрическую активность сердца можно наблюдать в горизонтальной плоскости и во фронтальной плоскости. Способность электрода обнаруживать векторы в определенной плоскости зависит от того, как наклонен электрод по отношению к плоскости, что, в свою очередь, зависит от размещения зонда и контрольной точки.

В педагогических целях рассмотрим отведение с одним электродом, размещенным на голове, а другим электродом, размещенным на левой ноге. Угол этого отведения должен быть вертикальным, от головы до стопы. Это отведение расположено под углом во фронтальной плоскости и в первую очередь будет обнаруживать векторы, движущиеся в этой плоскости. См. Рисунок 17 панель A . Теперь рассмотрим отведение с электродом, расположенным на грудине, и другим электродом, расположенным на спине (на том же уровне). Это отведение будет проходить под углом от спины к передней стенке грудной клетки, которая является горизонтальной плоскостью. Это отведение в первую очередь будет записывать векторы, перемещающиеся в этой плоскости. Схематическое изображение представлено на рис. 15. См. рис. 17, панель B .

В отведениях от конечностей, которых шесть (I, II, III, aVF, aVR и aVL), исследующий электрод и референтная точка расположены во фронтальной плоскости. Таким образом, эти отведения отлично подходят для обнаружения векторов, перемещающихся во фронтальной плоскости. Грудные (прекардиальные) отведения (V1, V2, V3, V4, V5 и V6) имеют исследовательские электроды, расположенные спереди на грудной стенке, и референтную точку, расположенную внутри грудной клетки. Следовательно, грудные отведения отлично подходят для обнаружения векторов, перемещающихся в горизонтальной плоскости.

Как отмечалось ранее, только три отведения, а именно отведения I, II и III (которые на самом деле являются исходными отведениями Виллема Эйнтховена), получаются с использованием только двух электродов. Остальные девять отведений используют эталон, который состоит из среднего значения двух или трех электродов. Это будет выяснено в ближайшее время.

Рисунок 18. Организация отведений от конечностей. Обратите внимание, что электрод на правой ноге не входит ни в один из отведений, а служит проводом заземления. Отведения I, II и III являются исходными отведениями Эйнтховена, и они могут быть представлены треугольником Эйнтховена (нижняя панель). Отведения aVR, aVL и aVF были сконструированы Гольдбергером; их контрольной точкой является среднее значение двух электродов. Отведение aVR можно инвертировать в отведение -aVR, что рекомендуется, поскольку это может облегчить интерпретацию. Все современные аппараты ЭКГ способны отображать как aVR, так и -aVR.

Отведения I, II, III, aVF, aVL и aVR получают с помощью трех электродов, которые размещают на правой руке, левой руке и левой ноге. Учитывая расположение электродов по отношению к сердцу, эти отведения в первую очередь обнаруживают электрическую активность во фронтальной плоскости. На рис. 18 показано, как электроды соединяются для получения этих шести отведений.

При рассмотрении отведения I электрод на правой руке служит эталоном, тогда как электрод на левой руке служит электродом для исследования. Это означает, что вектор, перемещающийся справа налево, должен давать положительное отклонение в отведении I. Обратите внимание, что отведение I определяет 0° во фронтальной плоскости (, рис. 18, , система координат на верхней панели). Это также означает, что отведение I «видит» сердце под углом 0°. В клинической практике это обычно выражается так, как будто отведение I «видит боковую стенку левого желудочка». Те же принципы применимы к отведению II и отведению III.

В отведении aVF электрод на левой ноге служит в качестве исследуемого электрода, а эталон фактически составляется путем вычисления среднего значения электродов на руке. Среднее значение электродов на руках дает ссылку непосредственно к северу от электрода на левой ноге. Таким образом, любой вектор, перемещающийся вниз в грудной клетке, должен давать положительную волну в отведении aVF. Угол, под которым отведение aVF показывает электрическую активность сердца, составляет 90° (, рис. 18, ). В клинической практике это обычно выражается так, как будто отведение aVF «видит нижнюю стенку левого желудочка». Те же принципы применимы к отведению aVR и aVL.

Отведения II, aVF и III называются отведениями от нижних конечностей , поскольку они в первую очередь наблюдают за нижней стенкой левого желудочка ( Рисунок 18, система координат на верхней панели ). Отведения aVL, I и -aVR называются боковыми отведениями от конечностей , поскольку они в первую очередь исследуют боковую стенку левого желудочка. Обратите внимание, что отведение aVR отличается от отведения –aVR (обсуждается ниже).

Все шесть отведений от конечностей представлены в системе координат, которая находится справа от Рисунок 18 (панель A). Расстояние между каждым отведением составляет 30°, за исключением промежутка между отведением I и отведением II. Чтобы устранить этот разрыв, отведение aVR можно инвертировать в отведение –aVR. Оказывается, это действительно имеет смысл, поскольку облегчает интерпретацию ЭКГ (например, интерпретацию ишемии и электрической оси). Представлен ли свинец aVR или –aVR, зависит от национальных традиций. В США отведение aVR используется чаще, чем -aVR. Тем не менее, все современные аппараты ЭКГ способны отображать как aVR, так и -aVR, и рекомендуется использовать -aVR, поскольку это облегчает интерпретацию ЭКГ. В любом случае клиницист может легко переключаться между aVR и -aVR без настройки аппарата ЭКГ; это делается простым переворачиванием кривой ЭКГ вверх ногами.

Отведения I, II и III позволяют сравнить разность электрических потенциалов между двумя электродами. Отведение I сравнивает электрод на левой руке с электродом на правой руке, первый из которых является исследующим электродом. Говорят, что отведение I наблюдает за сердцем «слева», потому что его исследовательский электрод расположен слева (под углом 0°, см. 9).0127 Рисунок 18 ). Отведение II сравнивает левую ногу с правой рукой, при этом ножной электрод является исследующим электродом. Следовательно, отведение II наблюдает за сердцем под углом 60°. Отведение III сравнивает левую ногу с левой рукой, при этом ножной электрод является исследующим. Отведение III исследует сердце под углом 120° (, рис. 18, ).

Отведения I, II и III — оригинальные отведения, сконструированные Вильгельмом Эйнтховеном. Пространственная организация этих отведений образует в грудной клетке треугольник ( Треугольник Эйнтховена ), который представлен в рис. 18, панель B .

Согласно закону Кирхгофа сумма всех токов в замкнутой цепи должна быть равна нулю. Поскольку треугольник Эйнтховена можно рассматривать как контур, к нему должно применяться то же правило. Таким образом возникает закон Эйнтховена :

Этот закон подразумевает, что сумма потенциалов в отведениях I и III равна потенциалам в отведениях II. В клинической электрокардиографии это означает, что амплитуда, например, зубца R в отведении II равна сумме амплитуд зубца R в отведении I и III. Отсюда следует, что нам нужно знать информацию только в двух отведениях, чтобы рассчитать точный внешний вид оставшегося отведения. Следовательно, эти три отведения на самом деле несут две порции информации, наблюдаемые под тремя углами.

Эти отведения были первоначально сконструированы Гольдбергером. В этих отведениях исследуемый электрод сравнивается с контрольным, который основан на среднем значении двух других электродов конечностей. The letter a stands for augmented, V for voltage and R is right arm , L is left arm and F is foot .

В aVR правая рука является исследуемым электродом, а эталон составляется путем усреднения левой руки и левой ноги. Отведение aVR можно инвертировать в отведение -aVR (что означает, что точка исследования и ориентир поменялись местами), что идентично aVR, но перевернуто. Есть три преимущества преобразования aVR в -aVR:

Несмотря на эти преимущества, свинцовый aVR, к сожалению, все еще используется в США и многих других странах. К счастью, все современные аппараты ЭКГ можно настроить для отображения либо aVR, либо -aVR. Мы рекомендуем использовать -aVR, но для целей этого курса мы часто будем представлять оба отведения. Если показан только один из этих лидов, читатель может просто перевернуть его вверх ногами, чтобы увидеть желаемый лид. Наконец, следует отметить, что очень немногие диагнозы ЭКГ зависят от отведений aVR/–aVR.

В отведении aVL исследуется электрод на левой руке, и отведение смотрит на сердце под углом –30°. В отведении aVF исследовательский электрод размещается на левой ноге, поэтому в этом отведении происходит наблюдение за сердцем прямо с юга.

Из этого следует, что волны ЭКГ в отведении aVF в любой момент времени представляют собой среднее отклонение ЭКГ в отведениях II и III. Следовательно, отведения aVR/–aVR, aVL и aVF можно рассчитать, используя отведения I, II и IIII, и, следовательно, эти отведения (aVF, aVR/–aVR, aVL) не дают никакой новой информации, а вместо этого дают новые углы обзора такая же информация.

Фрэнк Уилсон и его коллеги построили центральный терминал, позже названный Центральным терминалом Уилсона (WCT) . Этот терминал является теоретическим ориентиром, расположенным примерно в центре грудной клетки, точнее в центре треугольника Эйнтховена. WCT рассчитывается путем подключения всех трех электродов конечностей (через электрическое сопротивление) к одному терминалу. Этот терминал будет представлять собой среднее значение электрических потенциалов, зарегистрированных на электродах конечностей. В идеальных условиях сумма этих потенциалов равна нулю (закон Кирхгофа). WCT служит точкой отсчета для каждого из шести электродов, которые располагаются спереди на грудной клетке. Грудные отведения получаются путем сравнения электрических потенциалов в WCT с потенциалами, зарегистрированными каждым из электродов, размещенных на грудной стенке. На грудной стенке имеется шесть электродов и, следовательно, шесть грудных отведений (9).0127 Рисунок 19 ). Каждое грудное отведение предлагает уникальную информацию, которую нельзя получить математически из других отведений. Поскольку исследуемый электрод и эталон расположены в горизонтальной плоскости, эти отведения в основном наблюдают за векторами, движущимися в этой плоскости.

V1-V2 («перегородочные отведения»): в первую очередь исследуется межжелудочковая перегородка, но иногда могут обнаруживаться изменения ЭКГ, исходящие из правого желудочка. Обратите внимание, что ни одно из отведений на ЭКГ с 12 отведениями не подходит для обнаружения векторов правого желудочка.

Рис. 20. ЭКГ в 12 отведениях регистрирует информацию об электрической активности левого желудочка (и не столько правого желудочка). Как видно на рисунке выше, левый желудочек имеет форму пули. Левый желудочек традиционно делится на четыре стенки, и на рисунке выше показано, какие отведения лучше всего наблюдают за электрической активностью каждой стенки.

Отведения ЭКГ могут быть представлены в хронологическом порядке (например, I, II, III, aVL, aVR, aVL, V1–V6) или в соответствии с их анатомическими углами. Хронологический порядок не учитывает, что все отведения aVL, I и -aVR рассматривают сердце под одинаковым углом, и размещение их рядом друг с другом может улучшить диагностику. Следует отдать предпочтение системе Cabrera . В системе Cabrera отведения располагаются в анатомическом порядке. Отведения от нижних конечностей (II, aVF и III) совмещены, то же самое касается отведений от боковых конечностей и грудных отведений. Как упоминалось ранее, инвертирование отведения aVR в –aVR дополнительно улучшает диагностику. Все современные аппараты ЭКГ могут отображать отведения по системе Кабрера, которой всегда следует отдавать предпочтение. На приведенной ниже ЭКГ показан пример раскладки Кабреры с инвертированным aVR в -aVR. Обратите внимание на четкий переход между кривыми в соседних отведениях.

Существуют условия, которые могут быть упущены при использовании ЭКГ с 12 отведениями. К счастью, исследователи подтвердили использование дополнительных отведений для улучшения диагностики таких состояний. Они сейчас обсуждаются.

Инфаркт правого желудочка нетипичен, но может возникнуть при проксимальной окклюзии правой коронарной артерии. Ни одно из стандартных отведений на ЭКГ с 12 отведениями не подходит для диагностики инфаркта правого желудочка. Тем не менее, V1 и V2 могут иногда отображать изменения ЭКГ, свидетельствующие об ишемии правого желудочка. В таких случаях рекомендуется размещать дополнительные отведения на правой стороне грудной клетки. Это отведения V3R, V4R, V5R и V6R, которые размещаются в тех же анатомических местах, что и их левосторонние аналоги. См. Рисунок 22 .

Принимая во внимание ишемию и инфаркт миокарда, подъем сегмента ST (обсуждается ниже) является тревожным признаком, поскольку он указывает на обширную ишемию. Ишемические подъемы сегмента ST часто сопровождаются депрессиями сегмента ST в отведениях ЭКГ, которые смотрят на вектор ишемии под противоположным углом. Поэтому такие депрессии сегмента ST называются реципрокными депрессиями сегмента ST, потому что они являются зеркальным отражением подъемов сегмента ST. Однако, поскольку сердце повернуто примерно на 30° влево в грудной клетке ( Рисунок 23 ), базальные отделы латеральной стенки левого желудочка располагаются несколько кзади (поэтому ее называют заднебоковой стенкой). Электрическая активность, исходящая из этой части левого желудочка (отмечена стрелкой на рис. 23 ), не может быть легко обнаружена в стандартных отведениях, но реципрокные изменения (депрессия сегмента ST) обычно наблюдаются в V1–V3. Для выявления расположенных сзади возвышений сегмента ST необходимо присоединить отведения V7, V8 и V9.на спине больного.

Традиционное размещение электродов в некоторых ситуациях может быть неоптимальным. Электроды, расположенные дистально на конечностях, будут фиксировать слишком сильное мышечное напряжение во время пробы с физической нагрузкой; электроды на грудной стенке могут быть неуместны при проведении реанимационных мероприятий, эхокардиографическом исследовании и т. д. Были предприняты усилия по поиску альтернативного размещения электродов, а также по уменьшению количества электродов без потери информации. В общем, системы отведений с менее чем 10 электродами можно использовать для вычисления всех стандартных отведений на ЭКГ в 12 отведениях. Такие рассчитанные кривые ЭКГ очень похожи на исходные кривые ЭКГ в 12 отведениях с некоторыми незначительными отличиями, которые могут повлиять на амплитуды и интервалы.

Как правило, модифицированные системы отведений полностью способны диагностировать аритмии, но следует соблюдать осторожность при использовании этих систем для диагностики морфологических состояний (например, ишемии), которые зависят от критериев амплитуды и интервалов (поскольку альтернативное размещение электродов может повлиять на эти переменные и вызывают ложноположительные и ложноотрицательные критерии ЭКГ). Действительно, в условиях ишемии миокарда один миллиметр может оказаться опасным для жизни.

Системы отведений с уменьшенными электродами по-прежнему ежедневно используются для выявления эпизодов ишемии у госпитализированных пациентов. Это объясняется тем, что при непрерывном мониторинге, т. е. при оценке изменений ЭКГ во времени, начальная запись ЭКГ не имеет большого значения. Вместо этого интерес представляет динамика ЭКГ, и в этом случае первоначальная запись не представляет большого интереса.

Система отведений Mason-Likar просто означает, что электроды от конечностей были перемещены к туловищу. Используется при всех видах мониторирования ЭКГ (аритмии, ишемии и др.). Он также используется для проб с физической нагрузкой (поскольку он позволяет избежать мышечных нарушений конечностей). Как указывалось выше, первоначальная запись может немного отличаться (по амплитуде), поэтому диагностировать ишемию на исходной записи нельзя. Однако для мониторинга ишемии с течением времени Mason-Likar является эффективной системой. См. Рисунок 24 A .

Электроды левой и правой руки перемещаются на туловище, на 2 см ниже ключицы, в подключичную ямку ( Рисунок 24 A ). Электрод левой ноги размещают по передней подмышечной линии между гребнем подвздошной кости и последним ребром. Правый ножной электрод можно расположить над гребнем подвздошной кости с правой стороны. Расположение грудных отведений не изменено.

Как упоминалось выше, можно построить (математически) систему с 12 отведениями и менее чем с 10 электродами. В общем, системы отведений, полученные математическим путем, генерируют кривые ЭКГ, которые почти идентичны обычной ЭКГ с 12 отведениями, но только почти. Наиболее часто используемые лид-системы — Frank’s и EASI.

Система Фрэнка является наиболее распространенной из систем сокращенного количества проводов. Он генерируется с помощью 7 электродов (рис. 22 Б). Используя эти отведения, получают 3 ортогональных отведения (X, Y и Z). Эти отведения используются в векторкардиографии (ВКГ). Ортогональный означает, что отведения перпендикулярны друг другу. Эти отведения обеспечивают трехмерное изображение сердечного вектора во время сердечного цикла. Векторы представлены в виде петлевых диаграмм с отдельными петлями для P-, QRS-, T- и U-вектора. Однако ВКГ можно аппроксимировать по ЭКГ в 12 отведениях, и наоборот, ЭКГ в 12 отведениях можно аппроксимировать по ВКГ. Однако за последние десятилетия ВКГ сильно потеряла позиции, поскольку стало очевидным, что ВКГ имеет очень низкую специфичность для большинства состояний. VCG больше не будет обсуждаться здесь.

EASI обеспечивает хорошее приближение к обычной ЭКГ в 12 отведениях. Однако EASI также может генерировать кривые ЭКГ с амплитудой и продолжительностью, которые отличаются от ЭКГ в 12 отведениях. Эта система отведений создается с использованием электродов I, E и A из отведений Франка и путем добавления электрода S на рукоятку. EASI также предоставляет ортогональную информацию. См. рис. 22.

Когда впервые было предложено, чтобы Большим вопросом на этой неделе был вопрос «Какого покемона вы можете взять?», реакция персонала была абсолютно детской. Поэтому я надеюсь, что вы, грязные животные, оцените уточнение, которое мы должны были добавить. Выкиньте свои мысли из сточной канавы, у нас есть несколько животных, из которых можно выбить дневной свет.

Я не доверяю этому человеку. Что он такое? Почему у него такая текстура в «Детективе Пикачу»? Почему он такой мясистый и ходит, как человек? Я имею в виду, очевидно, что не с каждым покемоном следует обращаться как с домашним животным, но этот парень просто заходит слишком далеко. Я имею в виду, черт возьми, даже если бы он был человеком, он бы вызывал у меня мурашки по коже. Я только что понял, что объясняю почему Я бы не стал с ним драться, ни как. Но я думаю, что это было бы довольно просто, если честно, поскольку он буквально мим. В моих ударах не было бы ничего фальшивого, друг мой. Он собирается поймать эти руки по-настоящему.

Откровенно говоря, я думаю, что мог бы победить нескольких покемонов в бою, особенно с их каноническим ростом. Чаризард такого же роста, как Селена Гомес. Рост Лукарио три фута девять дюймов. Будь серьезен. Кроме того, многие из них — жуки, рыбы или просто аморфные шарики газа. Думаешь, я не смог бы победить утку или маленького щенка? Вот почему вместо того, чтобы перечислять каждого покемона, которого я мог бы победить, я собираюсь рассмотреть, кто самый сильный покемон, которого я мог бы победить в бою. Рапидаш, например, меня бы явно разорвал. Коппераха — слон из стали. Поэтому я собираюсь заявить, что точка отсечки для меня, в которой я могу победить всех более слабых покемонов, но не более сильных покемонов, — это мрак. У него есть своего рода сверхъестественные движения, которые могут серьезно ранить или даже убить человека, но он также очень медленный и сонный и, вероятно, почти способен взять верх.

Если все люди — «животные», то в мире покемонов наверняка все люди — «моны»? С этим покончено — профессор Оук. Он старый ученый, который целыми днями слоняется по лаборатории маленького городка, так что я думаю, что смогу одолеть его в бою. Если нет, я всегда могу привлечь его внука, чтобы он помог мне — он даже не может вспомнить их имя, поэтому я уверен, что они были бы более чем готовы объединить усилия.

Единственные покемоны, с которыми я уверен в своей способности сражаться, это Мэджикарп и Фибас. Эти две рыбки только и делают, что плюхаются, почти не изучая снасти. Почти каждый второй мон получает доступ к какой-то стихийной атаке или чему-то разрушительному, например, Double Edge или Hyper Fang. Серьезно, хотя Раттата просто крыса, и я думаю, что мог бы бороться хотя бы с небольшим роем крыс — RIP Corvo, но я сложен иначе — все, что может отнять половину жизненной силы противника одним укусом, слишком неприятный для меня. Всем здесь нужно высунуть голову из задницы и почувствовать запах Танца лепестков — даже Лувдиск может использовать Ледяной луч, так что все эти «более слабые» покемоны, которыми вы самодовольно хвастаетесь, что можете победить, испортят вам жизнь.

Voltorb имеет идеальную сферическую форму, и его основная защита — самоуничтожение. Скатите его с холма и наблюдайте, как он взрывается с безопасного расстояния. Та же стратегия должна работать и с Электродом, хотя его радиус взрыва, вероятно, больше.

Хотел бы я сказать Throh или Sawk, но я не стал заниматься тхэквондо после того, как споткнулся о ноги другой женщины в беге и получил сотрясение мозга. Хотя я, вероятно, мог бы победить Tyrogue; канонически он всегда берет на себя врагов больше и сильнее, чем он сам, чтобы улучшить свои способности. Кроме того, он не может выучить почти столько же из тех атак, которые фактически являются просто стихийной или духовной магией, такими как Healing Wish или Magical Leaf.

У меня нет никаких сверхспособностей или особых способностей, поэтому я сомневаюсь, что смогу сразиться с большинством покемонов, но если бы мне пришлось выйти на ринг с одним из них, я бы, наверное, выбрал Пикачу. Почему? Ну, две причины. Во-первых, Пикачу — это мышь. Я не был бы человеком, если бы не мог противостоять даже мыши. Вторая причина заключается в том, что Пикачу кажется немного умнее, чем большинство покемонов, поэтому они, надеюсь, знают, что я на самом деле не собираюсь их доставать, и дать мне передышку вместо того, чтобы сразу ударить током.

Как и Исси, я не уверен, что смогу победить любого покемона, не причинив мне ужасного урона. Быть приготовленным огнеметом, ударом молнии электрическим током или лишением моей жизненной силы с помощью Mega Drain слишком рискованно, поэтому я собираюсь исключить ходы из уравнения. Я собираюсь драться с Дитто, потому что тогда все, что мне нужно будет сделать, это победить нормального парня с больной спиной, и я думаю, что смогу это сделать.

Сварочные электроды МР-3. Описание, характеристики

Характеристики

Маркировка

Условия хранения и прокаливание

Особенности изделий марки MP-3

Особенности электродов марок MP-3 и MP-3c

Ведущие отечественные производители

Заключение

Сварочные электроды МР 3:характеристики,размеры,особенности наплавки

Область применения

Технические характеристики

Размеры и ассортимент

Особенности наплавки

Обозначение и расшифровка

Производители:

Нюансы применения МР3 электродов и их технические характеристики

Общая информация

Электроды с рутиловым покрытием

МР-3

Электроды МР-3: технические характеристики

Применение

Технологические особенности

Особенности

Конструкция и материал изготовления

Что такое электрод МР 3с и его технические характеристики

Как появился сварочный электрод?

Общепринятая классификация покрытия

Что собой представляют электроды мр 3с?

Электроды мр 3с технические характеристики

>Экотехнология. Технические характеристики электродов для сварки углеродистых сталей МР-3

Электроды МР-3С: характеристики, разновидности и преимущества

Содержание:

Где используются

Характеристики

Обозначение

Преимущества

Разновидности

Техпроцесс

Хранение

Интересное видео

Электроды из углеродных нанотрубок, соответствующие тканевой чувствительности, для магнитно-резонансной томографии

Принадлежности

Авторы

Принадлежности

Абстрактный

Похожие статьи

Цитируется

Типы публикаций

Электрохемилюминесценция на 3D-печатных титановых электродах

Введение

Экспериментальные методы

Реагенты и материалы

Аппаратура

Изготовление 3D-печатного электрода

Модификация поверхности

Результаты и обсуждение

Структурная характеристика

Электрохимические свойства

Аннигиляционная электрохемилюминесценция

Сореагент Электрохемилюминесценция

Свойства массивов с золотым покрытием

ЭХЛ сореагента на массивах с титановым и золотым покрытием

Титановая матрица

Титановая матрица с золотым покрытием

Выводы

Заявление о доступности данных

Вклады авторов

Финансирование

Конфликт интересов

Дополнительный материал

Ссылки

Abstract

История вопроса

Методы

Результаты

Выводы

История вопроса

Методы

Схема эксперимента

Синтез CNTY и электромеханические оценки