Электроды озл 6 характеристики: Электроды ОЗЛ-6. Характеристики, применение, цены и аналоги

Содержание

Сварочные электроды ОЗН 6 их технические характеристики и аналоги

Данная марка относится к плавким электродам, которые обладают высокой износостойкостью. Благодаря этому они отлично проявляют себя в области горной промышленности, где технике приходится сталкиваться с высокими абразивными нагрузками. Наплавка происходит хорошо при любых условиях, даже в рабочей среде, где нет возможности много внимания уделить подготовке металла. Электроды ОЗН-6 замечательно подходят именно для процедуры наплавки, когда нужно компенсировать изношенные детали. Зачастую работа проводится с толстыми металлами, которым нужно восстановить рабочую поверхность, поэтому, в ассортименте большой популярностью пользуются изделия с большим диаметром. Сварочные электроды ОЗН-6 создают шов, который может эксплуатироваться при сложных погодных условиях, подвергаться физическим нагрузкам, находиться в условиях высокого абразивного износа и при этом не сильно уступают основному металлу. Сюда же можно причислить возможность переносить ударные нагрузки, что немаловажно в строительной отрасли.

Сварочные электроды ОЗН-6

Эта марка подходит для сварки в любом пространственном положении, но требует только применение постоянного тока на обратной полярности. В ином случае все преимущества сведутся к минимуму. Как и у многих других наплавочных материалов из данной области, здесь применяется основное покрытие. Оно обеспечивает комфортность проведения процедуры. Мало какие электроды дают столь же высокое качество наплавленного металла с повышенной твердостью. Таким образом, изделия имеют высокий запас прочности и отличаются долговечностью. Перед использованием их подвергают прокалке, которая должна длится не более 1 часа при температуре около 340 градусов Цельсия. После полного остывания процедура повторяется при значение около 320 градусов. Только потом их можно использовать для сваривания.

Область применения

Благодаря своим свойствам противостояния образованию трещин и пор во время сваривания, электроды ОЗН-6 находят широкое применение в строительстве, где нужно создание швов высокой крепости, которые бы смогли выдерживать огромные нагрузки. Они нормально ведут себя при многослойной сварке, не вызывая большого уровня брака. В машиностроении и ремонте тяжелой техники им трудно найти замену. С их помощью делают наплавку металла на ковши экскаватора, компенсируют металл в горнодобывающей технике и во многих других местах, где детали быстро стираются во время эксплуатации. Марка выпускается согласно ГОСТ 9466-75.

Электроды для сварки марки ОЗН-6 согласно ГОСТ 9466-75

Технические характеристики

Технические характеристики электродов ОЗН-6 зависят от состава. К примеру, главную особенность, высокую стойкость к износу и повышенную твердость, обеспечивает титан, которого здесь более 4%, что редко встречается в других марках.

Химический элементОтносительное содержание,%
Углерод1
Марганец2,6
Кремний3,7
Титан4,4

Когда дело доходит до определения, какой именно вариант будет применяться в той или иной процедуре, то рассматривают характеристики наплавленного металла, а также его расход и другие вещи. Здесь ситуация выглядит следующим образом:

Физические свойства

Значение

Наплавочный коэффициент, г/А

11

Производительность наплавления металла,  кг/ч

1,7

Масса электродов для наплавки 1 кг шва, кг

1,4

Твердость, без дополнительно термической обработки

62

Размер и ассортимент

С учетом особенностей применения, электроды ОЗН-6 обладают достаточно узким ассортиментом выбора. Здесь имеются только два диаметра, которые производятся с одинаковой длиной. Производители выпускают:

  • 5 мм, длиною 450 мм;
  • 6 мм, длиною 450 мм.

Тем не менее, для наплавки на детали с абразивным износом и для сварки ответственных конструкций, которые зачастую имеют достаточно высокую толщину, этого вполне достаточно.

Особенности наплавки и режимы

Наплавка металла происходит достаточно комфортно и не имеет каких-либо серьезных осложнений. Основное покрытие обеспечивает хорошую защиту. Расход металла лежит на среднем уровне, так как для наплавки 1 кг металла здесь требуется всего на 40% больше массы электродов. Несмотря на то, что в ассортименте имеется всего два различных диаметра, для каждого из них требуется соблюдать свой режим работы.

Диаметр, ммСила тока, А
5140…180
6170…220

Обозначение и расшифровка

Электроды ОЗН-6  расшифруются как наплавочные материалы для сварки твердых сталей, имеющие основное покрытие с индексом твердости «6».

Аналоги

Благодаря распространенности сварки в данной области, электроды ОЗН-6 имеют аналоги, которые проводятся по несколько другой технологии со схожими параметрами. Прямым аналогом является марка Т-590.

Сварочные электроды марки Т-590

Производители

На данный момент на рынке можно встретить электроды от таких производителей:

  • СпецЭлектрод;
  • Эком-Плюс;
  • Фрунзе-Электрод.

Сварочные электроды марки ОЗЛ 8:характеристики, применение

Электроды ОЗЛ-8 относятся к плавящимся моделям. Они используются для сварки нержавейки и прочих видов стали, что имеют повышенное сопротивление к коррозии. Наплавленный металл на шве хорошо переносит влияние агрессивных сред и может подходить для использования в ответственных конструкциях, так как срок эксплуатации такого соединения составляет достаточно долгое время.

Сварочные электроды ОЗЛ-8

Сварка может проводиться практически во всех пространственных положениях, что также относится к преимуществам этой марки. Это электроды для сварки постоянным током обратной полярности. Если применять их на аппаратах с переменным током, то качество соединения станет намного ниже.

При сварке металлических конструкций, служащих каркасом для сооружений, или выступающих как самостоятельные изделия, они просто незаменимы. Эксплуатационные характеристики позволяют выдерживать большие нагрузки и бороться со многими негативными воздействиями внешней среды. Это одна из немногих марок, что подходит для всех видов металлов с нержавеющими свойствами. Благодаря этой универсальности ее часто можно встретить в промышленности.

Внешний вид электродов ОЗЛ-8

Сварочные электроды ОЗЛ-8 имеют высокие гигиенические свойства, если сравнивать с другими марками данного типа. Изделия имеют основное покрытие, что как раз хорошо подходит для защиты сварочной ванны нержавеющей стали. Благодаря этому швы не теряют свое сопротивление коррозии. Отличия состоят и в сварочно-технологических свойствах наплавленного металла. В основу данной марки входит стержень из легированной сварочной проволоки 06Х19Н9Т. Выбор величины диаметра здесь более разнообразное, чем у ОЗЛ-6, так как диапазон лежит от 2 до 5 мм. Электроды ОЗЛ-8 изготавливаются согласно ГОСТ 9466-60.

Область применения электрода ОЗЛ 8

Электроды ОЗЛ-8 применяются даже в средах с высокой агрессивностью. Они нормально переносят контакты с водой, радиацией и кислотами. Одной из самых часто используемых сфер является строительная. Данная марка применяется для сваривания металлических каркасов с антикоррозийными свойствами. Сюда также входят обыкновенные металлоконструкции, которые будут использоваться в сложных условиях и им требуется повышенная стойкость. У этой разновидности имеется относительно высокая жаростойкость за счет наличия тугоплавких металлов в составе. Они могут эксплуатироваться при достаточно высоких температурах и при этом не расплавляться.

Электроды марки ОЗЛ-8 встречаются в строительстве, в машиностроении, при производстве механизмов из нержавеющих сталей и так далее. Они уверенно занимают свою нишу варки высоколегированных металлов, так как содержат в своем составе достаточное количество антикоррозийных элементов, которые будут компенсировать испарившиеся в основном составе.

Технические характеристики электрода ОЗЛ-8

Характеристики электрода ОЗЛ-8 определяется теми элементами, которые входят в его химический состав.

Химический элемент

Относительное содержание,%

Углерод

0,08

Марганец

13

Кремний

0,75

Никель

9,2

Хром

20,3

Сера

0,01

Фосфор

0,02

При выборе мастера больше ориентируются на то, какие физические характеристики имеет наплавленный металл. Ведь именно от этого зависит, насколько хорошо сваренная деталь проявит себя во время применения. Электроды ОЗЛ-8 имеют следующие параметры:

Физические свойства

Значение

Сопротивление временное, МПа

610

Удлинение относительное, %

41

Вязкость ударная, Дж/см2

160

Предел текучести, МПа

400

Помимо этого есть еще ряд характеристик, которые также учитываются при выборе наплавочного материала для той или иной цели применения. Среди них:

  • Наплавочный коэффициент – 13 г/А;
  • Производительность наплавления металла – 1,6 кг/ч;
  • Масса электродов для наплавки 1 кг шва – 1,6 кг.

Размеры и ассортимент

Производители выпускают эту марку изделий в нескольких вариантах с различным диаметром электрода:

  • 2 мм, длиною 300 мм;
  • 2,5 мм, длиною 300 мм;
  • 3 мм, длиною 350 мм;
  • 4 мм, длиною 350 мм;
  • 5 мм, длиною 350 мм.

Особенности наплавки и режимы

Одной из особенностей наплавки является высокий расход изделий, что присуще и другим разновидностям этой серии. Электроды ОЗЛ-8 требуют, примерно, на 60% больше массы, чем получится в наплавленном металле. Это достаточно высокий коэффициент расхода. Но, как и в других случаях, требуется под каждый диаметр подбирать свой параметры тока, чтобы не превысить это значение, так как материал попросту расплавится с брызгами, и не занизить, так как все будет залипать, а дуга не зажжется.

Диаметр, мм

Нижнее, А

Верхнее, А

Потолочное, А

2

30…50

2,5

40…60

3

50…100

50…60

50…60

4

90…150

100…120

100…120

5

120…180

120…150

Обозначение и расшифровка

Электроды ОЗЛ-8 расшифруются как, сварочные электроды разработанные «СпецЭлектродом», имеющие основное покрытие и предназначенные для сваривания легированных сталей

Аналоги

Необходимость в сваривании нержавеющей стали встречается практически во всех странах, так что за рубежом можно встретить некоторые аналогичные по свойствам и применению марки. По своему назначению электроды ОЗЛ-8 имеют шведский аналог ОК-61.30. Также схожими являются электроды Е 308-16.

Производители

Данная марка производится несколькими компаниями, которые можно встретить на современном рынке:

  • СпецЭлектрод;
  • Эком-Плюс;
  • Вадис-М;
  • Фрунзе-Электрод.

Электроды ОЗН-6

Электроды данной марки относятся к категории плавких, и обладающих высокой степенью износоустойчивости. За счет своих характеристик они активно применяются в горнопромышленной отрасли, где сварные элементы подвергаются высоким абразивным нагрузкам.

Наплавки при помощи ОЗН-6 отлично протекает практически при любых условиях, и даже в тех случаях, когда по тем или иным причинам металлические элементы не могут быть должным образом подготовлены к процедуре. Данные электроды оказываются особенно востребованными, когда возникает необходимость не просто сварить несколько деталей друг с другом, а именно выполнить наплавку металла, то есть компенсировать имеющийся износ. Очень часто работа ведется с деталями, выполненными из толстого металла и нуждающимися в восстановлении рабочей поверхности, в связи с чем особой популярность пользуются электроды, имеющие большой диаметр.

Благодаря ОЗН-6 удается создавать швы, которые могут эксплуатироваться в сложных и даже экстремальных условиях: в неблагоприятном климате, под воздействием значительных физических нагрузок, при наличии высокого абразивного износа, ударных нагрузок и так далее. При этом места соединения и наплавки практически не уступают по своим эксплуатационным характеристикам основному металлу.

При работе с электродами данной марки отсутствуют какие-либо ограничения относительно пространственного положения, так как на качество получаемого шва это никак не влияет. А вот наличие постоянного тока обратной полярности является важным и обязательным условием, так как переменный ток не позволяет достигать высоких результатов.

Аналогично прочим наплавочным материалом, задействуемым в данной отрасли, ОЗН-6 обладает основным покрытием, за счет которого процедура получается более комфортной. Важным достоинством данных электродов является получение превосходного качества наплавленного металла, обладающего повышенной твердостью, что доступно далеко не с каждыми аналогичными изделиями. Сваренные детали получают высокий прочностной запас и могут эксплуатироваться на протяжении длительного времени.

Перед применением электроды данной марки требуется прокалить на протяжении примерно часа при 340-градусной температуре, а после их остывания – повторить процедуру, но уже при температуре на 20 градусов ниже. Лишь после подобной подготовки они могут быть использованы для работы.

Сфера применения

Электроды марки ОЗН-6 обладают рядом уникальных свойств и характеристик, среди которых особо стоит отметить способность противостоять растрескиванию и образования пор в процессе сварки, что является достаточно распространенным недостатком среди подобных изделий. В этой связи ОЗН-6 являются широко востребованными и практически незаменимыми в тех отраслях промышленности и строительства, где существует необходимость получения швов, обладающих повышенной крепостью и не теряющих своих первоначальных качеств под воздействием сверхнагрузок.

Данные электроды хорошо проявляют себя при выполнении работ, где не удается избежать многослойной сварки, и при этом они не приводят к образованию значительного процента брака.

Среди отраслей, где электроды ОЗН-6 являются практически безальтернативным вариантом, стоит выделить машиностроение и ремонт тяжелой техники. С применением данных изделий производят наплавление металла на экскаваторные ковши и другие активно эксплуатируемые агрегаты строительной техники, компенсируют стертый металл в оборудовании, используемом в горнодобывающей промышленности, а также в других областях, где происходит быстрое стирание рабочих органов и деталей машин и оснащения в процессе работы.

Выпуск электродов марки ОЗН-6 регламентируется ГОСТом под номером 9466-75. В данном случае соблюдение производителями всех требований и предписаний стандарта особенно важно, так как от этого в конечном счете зависит эффективность изделий, а также надежность и безопасность получаемых сварных соединений.

Технические характеристики и физические свойства

Определяющее значение для обретения электродами тех или иных характеристик имеет их состав. В частности, важнейшие особенности ОЗН-6, повышенная твердость и непревзойденная устойчивость к износу, обеспечиваются благодаря наличию в составе значительного количества титана, объемная доля которого превышает 4 процента. Помимо него, необходимо отметить наличие в составе следующих химических элементов:

  • кремния – 3,7%;
  • марганца – 2,6%;
  • углерода – 1%.

При определении наиболее походящего для применения в конкретной ситуации вида электродов особое внимание обращают на такие моменты, как характеристики металла, получаемого в результате наплавки, расход электродов и тому подобные нюансы. В случае с электродами марки ОЗН-6 учитывать необходимо следующие параметры:

  • коэффициент наплавки – 11 г/А;
  • показатель твердости без применения дополнительной термообработки – 62;
  • производительность наплавки металла – 1,7 кг в час;
  • масса электродов, затрачиваемая на получения 1 кг шва – 1,4 кг.

Размер и особенности наплавки

Ассортимент выпускаемых производителями электродов данной марки крайне ограничен, что вполне объяснимо, учитывая специфичность их применения. ОЗН-6 встречаются только в двух диаметрах, причем в обоих случаях длина одинакова и составляет 450 миллиметров: электроды с 5-миллиметровым сечением, рассчитанные на ток силой 140-180 А, и с 6-миллиметровым сечением, для работы с которыми необходим ток силой 170-220 А.

Такого ограниченного выбора абсолютно достаточно для выполнения операций по наплавке металла на детали, подверженные абразивному износу, а также для сварки конструкций повышенной ответственности.

Процедур наплавки металла протекает без каких-либо сложностей и не вызывает трудностей у сварщиков. Благодаря наличию на электродах основного покрытия обеспечивается высокая степень защиты.

Уровень расхода материала для получения шва достаточно средний: на наплавку 1 килограмма металла обычно уходит на 40 процентов больше по массе электродов.

Обозначение и значение наименования

Название электродов марки ОЗН-6 говорит о том, что данные изделия ориентированы на использование при проведении сварочных работ со сталями твердых сортов. Электроды обладают основным покрытием и имеют индекс твердости, равный 6.

Отечественные производители и аналоги

Среди популярных производителей, в ассортименте которых присутствуют электроды марки ОЗН-6, особого внимания заслуживают такие хорошо зарекомендовавшие себя компании, как Фрунзе-Электрод, СпецЭлектрод и Эком-Плюс.

Учитывая специфичность сферы применения электродов марки ОЗН-6, найти им достойную замену достаточно сложно. Среди прямых аналогов можно выделить разве что Т-590. также существует ряд изделий других марок, обладающих близкими к ОЗН-6 параметрами, но используемыми для сварки по иной технологии.

Сварочный электрод ОЗЛ-8: ГОСТ, характеристики, отзывы, цена

Электроды данной марки относятся к категории плавящихся. Задействуются главным образом при выполнении сварочных работ с нержавейкой и иными сортами стали, отличающимися высокой коррозиеустойчивостью. Сформированный из наплавленного металла шов отлично справляется с воздействием агрессивных сред и способен прослужить достаточно длительное время, что дает возможность применять его в ответственных конструкциях.

Процесс сварки может производиться в различных пространственных положениях без ущерба для качества получаемого результата. Электроды данной марки рассчитаны на работу при наличии источника постоянного тока обратной полярности. Использование их на аппаратах, функционирующих от стандартной сети переменного тока, не позволит получить соединения достаточно высокого качества.

Особенно востребована данная марка в тех случаях, когда ведутся работы по созданию металлоконструкций, выступающих в качестве каркасов для различных строений, либо эксплуатируемых в роли самостоятельных изделий.

Важным достоинством этих электродов является их универсальность: они относятся к той немногочисленной категории марок, которые превосходно сочетаются со всеми видами металлов, обладающих устойчивостью к появлению ржавчины. Этим обусловливается широкое применение ОЗЛ-8 в различных отраслях промышленности.

Благодаря наличию основного покрытия обеспечивается качественная защита сварочной ванны устойчивой к ржавчине стали. Иными словами, получаемые швы не превращаются в уязвимое место создаваемой конструкции, а все так же остаются практически не подверженными губительному влиянию коррозионных процессов.

В основе электродов ОЗЛ-8 лежит стержень, изготовленный из сварочной проволоки легированного типа 06Х19Н9Т. На выбор предоставляется значительное разнообразие диаметров в диапазоне от 2-х до 5-ти миллиметров.

Сфера применения

Электроды марки ОЗЛ-8 – отличный инструмент для работы в высокоагрессивных средах. Для них не является критически контакт с влагой, кислотами или радиационным излучением.

Особенно активно ОЗЛ-8 задействуются в строительной сфере, в первую очередь при создании путем сварки каркасов из металлов, обладающих антикоррозионными свойствами, которые требуется сохранить и в местах стыков. Получаемый при помощи данных электродов наплавленный шов приобретает достаточно высокую жаростойкость, что дает возможность применять их при работе над конструкциями, эксплуатация которых будет проходить в условиях повышенного температурного режима, не опасаясь разрушения.

Помимо строительства, электроды этой марки хорошо зарекомендовали себя в машиностроении, в сфере производства различных механизмов из стальных нержавеющих сплавов и ряде других областей. Благодаря наличию в составе ОЗЛ-8 антикоррозийных компонентов в значительном количестве происходит компенсация соответствующих частиц из основного состава, испарившихся в процессе сваривания, что делает эти электроды прекрасным выбором для работы с  металлами высоколегированного типа.

Технические характеристики и физические свойства

Присущие электродам марки ОЗЛ-8 специфические характеристики определяются в первую очередь химическими элементами, присутствующими в их составе. В частности, определяющую роль в данном случае играют хром с марганцем и никелем, содержание которых составляет чуть больше 20, 13 и немногим больше 9 процентов соответственно. Остальных элементов, а именно кремния, углерода и фосфора с серой, — менее 1 процента.

Важнейшее значение для сварки имеет то, какие физические свойства обретает наплавленный на шве металл, поскольку от этого зависят дальнейшие эксплуатационные характеристики сваренных элементов.

Электродам марки ОЗЛ-8 присущи следующие физические свойства:

  • временное сопротивление – 610 мегапаскалей;
  • предел текучести – 400 мегапаскалей;
  • ударная вязкость – 160 джоулей на квадратный сантиметр;
  • относительное удлинение – 41 процент;
  • коэффициент наплавки – 13 грамм на ампер;
  • наплавление металла в час – 1 килограмм 600 грамм;
  • необходимое количество электродов для наплавки килограмма шва – 1 килограмм 600 грамм.

Ассортимент и особенности наплавки

Производителями электроды марки ОЗЛ-8 выпускаются в нескольких типоразмерах, от которых зависят параметры тока:

Важной особенностью наплавки с применением данных электродов является более внушительный по сравнению с изделиями других марок расход. Для наплавки металлического шва определенной массы требуется электродов, масса которых приблизительно на 60 процентов больше.

При варке необходимо особое внимание обращать на силу тока, подбирая ее специально под электроды конкретного диаметра, чтобы избежать залипания, но и не допустить разбрызгивания металла.

Популярные производители и аналоги

Изготовлением электродов данной марки занимается ряд отечественных компаний. Наиболее востребованной является продукция следующих фирм:

  • Вадис-М
  • СпецЭлектрод
  • Фрунзе-Электрод
  • Эком-Плюс

Поскольку за рубежом сварка нержавеющих сталей также является достаточно популярной в промышленности операцией, то среди продукции иностранных компаний-производителей встречаются электроды, имеющие схожие свойства и характеристики. В частности, это шведские электроды ОК-61.30, а также Е 308-16.

Электроды ОЗЛ 6 и ОЗЛ 8

Плавящиеся электроды марок ОЗЛ-6 и ОЗЛ-8 качественно соединяют ручной дуговой сваркой конструкционные части заготовок, изготовленных из жаростойких сталей. Узнайте о них подробнее.

Электроды плавящегося типа марок ОЗЛ-6 и ОЗЛ-8 с основным покрытием и повышенным содержанием легирующих элементов используют при соединении ручной дуговой сваркой заготовок и деталей, изготовленных из сталей с повышенным содержанием никеля и хрома (коррозионностойких и жаростойких). С их помощью швы получаются прочными, способными противостоять воздействию межкристаллитной коррозии без провоцирующего отпуска. Выдерживают температуру рабочих сред не выше 1000 °C. При этом в полученном сварном шве содержание ферритной фазы не превышает 8 %. Указанные марки различаются по химическому составу, техническим и механическим характеристикам, диаметру, длине и весу упаковки. Электроды данного типа широко используются в строительстве, машиностроении, химической и пищевой отраслях промышленности.

Конструкция, основные характеристики


Электрод представляет собой электропроводный стержень определенного диаметра и длины из высоколегированного сплава с покрытием основного типа. Такой стержень обеспечивает необходимые свойства металлу шва. Изготавливаются отечественными производителями с учетом требований ГОСТ 9466-75, 10052-75 и соответствуют требованиям европейских и международных стандартов EN-499, ISO-3580, AWS 5.1. Поставляются в упаковках из картона весом 2,5, 3 и 5 кг.

Рисунок 1 — Электроды ОЗЛ

Химический состав электродов ОЗЛ-6 и ОЗЛ-8 указан в таблице:

Наименование элементаПроцентное содержание, не более
ОЗЛ-6ОЗЛ-8
Углерод0,090,08
Марганец1,901,30
Кремний0,380,75
Никель12,809,20
Хром24,9020,30
Сера, не более0,110,10
Фосфор, не более0,0220,02


Технические характеристики:
НаименованиеЕдиница измеренияПоказатель в марке
ОЗЛ-6ОЗЛ-8
Производительностькг/час1,61,6
Коэффициент наплавкиг/А·ч11,613,0
Расход электродов на 1 кг наплавленного металлакг1,51,6

Размеры расходных материалов и условное обозначение в технической документации и на упаковке:

Размеры выпускаемых электродов, ммУсловное обозначение российских производителей в технической документации и на упаковке
ДиаметрДлина
2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0300; 350; 450Э-10Х25Н13Г2-ОЗЛ-6- ∅ ВД ГОСТ 9466-75

Е-2975-Б20

Э-07Х20Н9-ОЗЛ-8- ∅ ВД ГОСТ 9366-75

Е-2004-Б20



Кроме отечественных марок, аналогичные свойства у изделий, выпускаемых в следующих странах:
  • Германия – UTP 68 24;
  • США – AROSTA 39 и Vertinox 309;
  • Швеция – ОК-67.15, ОК-67.60 и ОК-67.75;
  • Япония – KOBE NC39.

Нюансы сварочного процесса

Внимание! Сварка осуществляется только постоянным током обратной полярности. Сила выбираемого для сварки тока зависит от диаметра электрода и положения, в котором будет осуществляться сварка.

Ориентировочные режимы указаны в таблице:

Диаметр, ммОриентировочная сила тока при сварке, A
нижнемвертикальномпотолочномвертикальномпотолочном
ОЗЛ-6ОЗЛ-8ОЗЛ-6ОЗЛ-8
2,040÷5530÷5030÷40
2,550÷7040÷6040÷60
3,060÷8050÷10050÷7050÷60
4,0120÷14090÷150100÷120100÷110100÷120100÷110
5,0140÷160120÷180120÷140120÷150


Качественное и прочное сварное соединение получится, если сварщик будет придерживаться следующих правил:
  1. Зачищать стержни электрода.
  2. Готовить кромки соединяемых деталей к сварочному процессу. Для этого их обрабатывают механическим или химическим способом от загрязнений и зачищают до металлического блеска.
  3. Прокаливать расходный материал перед сваркой в печи при температуре 120÷200 градусов в течение 1 часа, если используются электроды из распечатанной пачки.
  4. Для равномерного сгорания электрода в процессе ведения сварки держать его под углом 80° или почти перпендикулярно оси шва.
  5. Дуга должна гореть на расстоянии не более 3 мм от свариваемых кромок.
  6. Режим должен соответствовать толщине свариваемого металла. Силу тока в зависимости от диаметра стержня указывают на упаковке или в технологическом процессе.
  7. Сварку вести плавно, без рывков.
  8. Если электрод расплавился до конца, необходимо зачистить место шва от шлака, взять следующий и зажечь его немного выше, вернувшись к месту, где закончилась сварка, и продолжать процесс соединения. Это позволит избежать такого дефекта, как образование пор.
  9. Не допускать резкого остывания шва.

Заранее благодарим тех, кто выполнял сварку электродами ОЗЛ и сможет дополнить информацию по особенностям ведения сварочного процесса.

ЗАО «Электродный завод» | ОЗЛ-6

Для сварки жаростойких сталей аустенитного класса и двухслойных сталей (аустенит + перлит)

Электрод ОЗЛ–6

Э–10Х25Н13Г2–ОЗЛ–6–Ø–ВД
E–2005–Б20
Обозначения по международным стандартам
ГОСТ 9466–75
ГОСТ 10052–75
ТУ 1273–060–11142306–2007
ISO 3581–А
AWS A5.4
E 23 12 B20
Е 309–15
Область примененияПоложение свариваемых швов
Для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз, литья и проката из высоколегированных сталей типа 20Х23Н13, 20Х23Н18 и им аналогичных. Могут быть использованы для сварки стали 20Х25Н20С2 и углеродистых сталей со сталями аустенитного класса.
Вид покрытияосновное

 

Режим сварки
Ток, A Постоянный обратной
полярности
Положение швов
Диаметр, ммНижнееВертикальноеПотолочное
3,0
4,0
5,0
80–100
140–160
160–180
70–90
120–130
140–160
70–90
120–130

 

Химический состав наплавленного металла, %
УглеродКремнийМарганецХромНикельСераФосфор
не более1,0–2,522,5–27,011,5–14,0не более
0,121,000,0200,030

 

Механические свойства металла шва (не менее)
Вид т/оТемпература испытаний,0CВременное сопротивление разрыву, МПаПредел текучести, МПаОтносит. удлинение, %Ударная вязкость, Дж/см2
без т/о205393402588,2
Особые свойства: металл шва стоек к межкристаллитной коррозии при испытании по методу АМУ по ГОСТ 6032. Содержание ферритной фазы в наплавленном металле: 2,5–10,0%.

 

Сертификация
Сертификат ГОСТ Р. Свидетельства НАКС об аттестации по требованиям РД 03–613–03 для групп технических устройств ГО, КО, МО, НГДО, ОТОГ, ОХНВП, СК (только для диаметров 3,0 и 4,0 мм).

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Frontiers | Электрическая запись с высокой плотностью записи и формирование изображений импеданса с использованием многомодального КМОП многоэлектродного чипа

Введение

In vitro нейронные сети используются для изучения коммуникации при физиологических и болезненных состояниях (Obeso, 2010; Gitler et al., 2017; Dawson et al., 2018). Нервные клетки животного или человеческого происхождения образуют плотно организованные клеточные сети, которые становятся электрически активными через несколько недель культивирования (Biffi et al., 2013; Seidel et al., 2017). Патч-зажим — это золотой стандарт de facto для измерения ионных токов и потенциалов действия с высоким временным разрешением в этих культивируемых нейронных сетях (Kodandaramaiah et al., 2012). Однако патч-зажим требует времени, не имеет пространственного разрешения, требует специальных знаний и обширного обучения и ограничен небольшим количеством клеток для каждого испытания. Это также инвазивно, поэтому невозможно получить долгосрочные измерения. Иными словами, многоэлектродные матрицы (MEA) требуют небольшого обучения и предлагают многосайтовое считывание внеклеточных потенциалов нейронных сетей (Maccione et al., 2015; Обьен и др., 2015; Jans et al., 2017). Однако электрическую активность клеток можно оценить только после того, как они достигли зрелой стадии, характеризующейся синаптическими связями (Ichikawa et al., 1993; Hormuzdi et al., 2004; Spitzer, 2006). Для изучения адгезии и роста клеток на более ранних стадиях культивирования в основном используется оптическая микроскопия (Delgado Ruz and Schultz, 2014). Этот подход часто требует инвазивных протоколов, которые могут не только влиять на саму культуру, но и требовать измерения конечных точек.Альтернативным методом изучения адгезии и роста клеток является спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) (Daniels and Pourmand, 2007). В EIS небольшой переменный ток подается на рабочий электрод, и результирующее падение напряжения на образце измеряется на противоположном электроде сравнения. EIS не требует меток, он неинвазивен для клеток, то есть позволяет проводить долгосрочный анализ, и его можно проводить с высокой частотой выборки на нескольких частотах, представляющих интерес, для оценки различных физиологических явлений (Xu et al., 2016). Помимо регистрации напряжения, электроды на микросхемах MEA также могут использоваться для EIS (Manickam et al., 2010; Chen et al., 2012; Pui et al., 2013; Goikoetxea et al., 2018; Park et al., ., 2018b; Viswam et al., 2018a).

Большинство МЭБ состоят максимум из нескольких сотен электродов, встроенных в стеклянную или кремниевую подложку, также называемых пассивными МЭБ (Zitzmann et al., 2017). В этом случае усиление, фильтрация и активация сигнала выполняются вне кристалла. Это не только ограничивает портативность, т.е.е., применимость устройства, но для этого также требуются внешние кабельные соединения, которые способствуют увеличению общего уровня шума и перекрестных помех в системе (Huys et al., 2012). Иными словами, активные MEA интегрируют электронные компоненты, такие как фильтры, переключатели, генераторы сигналов, усилители и аналого-цифровые преобразователи, непосредственно под поверхностью электродов, что обеспечивает превосходные возможности обнаружения и срабатывания (Hierlemann et al., 2011; Obien et al., 2015). Вот почему они также обеспечивают пространственное разрешение, необходимое для детального исследования поведения отдельных клеток в крупных нейронных сетях (Müller et al., 2015). Тем не менее, большинство заявленных КМОП MEA в основном полагаются на одну операционную модальность, поэтому сильно ограничивают диапазон применимости одного устройства (Chi et al., 2015). Это может быть ограничивающим фактором, учитывая, что большая часть биологической и электрофизиологической динамики часто основана на синергии множества и сложных механизмов, действующих под разными углами на одни и те же явления (Chi et al., 2015; Park et al., 2018b ). Это особенно актуально в области разработки и тестирования лекарств, в которых многопараметрическое клеточное фенотипическое профилирование может быть многообещающим подходом к мультиплексным измерениям многочисленных вовлеченных клеточных путей (Feng et al., 2009). Например, возможность проводить электрические измерения как на клеточном, так и на сетевом уровне имеет фундаментальное значение для глубокого раскрытия того, как отдельные клетки могут влиять на общую нейронную сеть и наоборот (Müller et al., 2015). Это выражается в конкретных технологических требованиях и проблемах, с которыми приходится сталкиваться при разработке передовых MEA для решения сложных проблем нейробиологии.

Здесь мы представляем исследование in vitro нейронных сетей гиппокампа с мультимодальным CMOS MEA чипом.Чип оснащен 16384 электродами из нитрида титана (TiN), расположенными в 16 различных активных областях, с шагом электродов 15 мкм (Lopez et al., 2018). Каждая активная область включает 1024 электрода, сгруппированных в 256 пикселей (четыре электрода на пиксель). Шесть методов включают в себя стимуляцию напряжением и током, внутриклеточную и внеклеточную запись, а также измерения импеданса. Имеются два режима импеданса для выполнения как мониторинга импеданса на фиксированной частоте (1 и 10 кГц), так и спектроскопии импеданса в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц.Представленная здесь микросхема CMOS MEA включает в себя наибольшее количество рабочих режимов по сравнению с другими микросхемами MEA, представленными в литературе и коммерчески доступными (Lopez et al., 2018). Более того, шаг электродов составляет всего 15 мкм, что обеспечивает более высокую плотность электродов и разрешение отдельной ячейки по сравнению с другими зарегистрированными устройствами (Abbott et al., 2017; Park et al., 2018a; Tsai et al., 2018). Помимо этого, процесс изготовления, включая электрод, полностью совместим с КМОП, что обеспечивает воспроизводимые условия производства.

В этой статье мы используем методы мониторинга импеданса и записи напряжения не только для мониторинга роста и развития первичных нейронов гиппокампа крыс, но и для оценки их электрофизиологической активности. Измерения импеданса с фиксированной частотой (1 кГц) и высокой частотой дискретизации (30 кГц) используются для оценки адгезии клеток и их роста на поверхности чипа. За культурой клеток наблюдали, начиная через несколько часов после посева (4,5 часа), а затем в течение нескольких дней (8 дней in vitro , DIV) с использованием встроенных в чип схем импеданса с фиксированной частотой.Спонтанная электрическая активность в виде единичной и синхронизированной сетевой активности регистрировалась на 15 и 43 DIV с использованием схем регистрации напряжения, присутствующих в тех же пикселях. Мы также оценили шум и амплитуду сигнала по нейронным записям для четырех электродов на чипе. Окрашивание живых клеток использовали в качестве сравнения для электрических изображений, полученных путем измерения импеданса на кристалле. Гибкость в выборе электродов позволяла выполнять многофункциональное считывание одних и тех же ячеек на большой площади поверхности с высоким пространственным разрешением.

Материалы и методы

Культура первичных нейронов гиппокампа (PHN) на мультимодальном CMOS-чипе MEA

Для проведения культивирования клеток на мультимодальном CMOS-чипе MEA стеклянное кольцо (высота 0,8 см и диаметр 3,4 см) было приклеено к печатной плате (PCB) вокруг чипа CMOS с использованием биосовместимой эпоксидной смолы. Затем микросхемы CMOS MEA стерилизовали и покрывали следующим образом [процедура нанесения покрытия была адаптирована из Amin et al. (2016)]. После протирания всей поверхности печатной платы 70% этанолом активную область КМОП-чипа стерилизовали путем заполнения стеклянного кольца 70% этанолом в течение 15 мин.После 3 стадий промывки стерильной водой высокой степени очистки (HPW) на чип в течение ночи при 37 ° C наносили покрытие с использованием 50 мкг / мл поли-dl-орнитина (PDLO, Sigma), растворенного в боратном буферном растворе. Этот шаг был необходим не только для стимулирования клеточной адгезии, но и для увеличения гидрофильности поверхности чипа. Через 24 часа поверхность чипа обильно промывали стерильным HPW и давали высохнуть в течение примерно 2–3 часов перед культивированием.

Все эксперименты с живыми животными проводились в соответствии с руководящими принципами, утвержденными комитетом по этике животных местного университета, и в соответствии с Директивой Совета Европейских сообществ от 24 ноября 1986 г. (86/609 / EEC).

Беременных крыс линии Wistar (E19) умерщвляли с использованием диоксида углерода, и эмбрионы перемещали в сбалансированный солевой раствор Хэнка, свободный от Ca 2+ и Mg 2+ (HBSS, Gibco ® ). После рассечения гиппокампы ферментативно диссоциировали в 5 мл 0,05% трипсин-этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, Gibco ® ) при 37 ° C в течение 15 минут при осторожном перемешивании. Дальнейшая диссоциация была достигнута пипетированием отполированной огнем пипетки Пастера после ресуспендирования супернатантов в среде для посева, состоящей из Neurobasal ® medium electro с добавкой B-27 ® (NB, Gibco ® ) и 15 % фетальной бычьей сыворотки (FBS, Gibco ® ).После подсчета клетки высевали на чип CMOS MEA с плотностью 75000 клеток / см 2 . В случае низкой концентрации клетки центрифугировали 5 мин и ресуспендировали в желаемом количестве среды. Через 24 ч среду заменили культуральной средой, содержащей только NB. До 3 DIV в культуральную среду также добавляли L-глутаминовую кислоту (0,25 мкМ, Sigma-Aldrich). Затем выделенные нейроны культивировали в течение более 30 дней. После культивирования чипы очищали 1% раствором Terg-A-zyme ® (Alconox ® , Sigma-Aldrich) в течение 5–10 минут при 37 ° C, который ферментативно расщеплял клетки, а затем промывали 4 раза. с HPW.Затем чипы исследовали с помощью оптической микроскопии, чтобы убедиться в успешности процедуры очистки. В случае наличия остатков на поверхности стружки процесс повторяли. О подобном протоколе очистки также сообщалось в Welkenhuysen et al. (2016), что позволяло при желании использовать чипы несколько раз.

Электрические измерения с помощью КМОП-микросхемы

КМОП-микросхема МЭБ была изготовлена ​​с использованием стандартного КМОП-процесса 0,13 мкм со стеком из 6-ти металлических слоев алюминиевого заднего конца линии (BEOL), как описано в Lopez et al.(2018) и (Jun et al., 2017). Затем массив из 16384 TiN-электродов был нанесен на поверхность чипа с использованием реактивного ионного травления (RIE) (Lopez et al., 2018). Электроды разделены на 16 активных областей и подключены к 4096 пикселям (256 пикселей / активная область). Как будет подробно описано в разделе «Мультимодальный CMOS MEA Chip», в каждом пикселе присутствует 4 электрода, выбираемых с помощью мультиплексора 4-к-1. Затем к 1024 каналам записи можно подключить максимум 1024 пикселя, а затем мультиплексировать по времени со скоростью 30 kS / s.Обычная конфигурация записи, используемая в настоящей статье, заключалась в одновременном включении всех 256 пикселей в 4 активных областях (256 × 4 = 1024 всего пикселей, области 1–4 в соответствии со схемой на рисунке 1A). Следовательно, одновременная запись со всех 4-х размеров электродов. Во время каждого измерения пиксели были подключены к 1 из 4 электродов, что привело к записи с 1024 электродами. Для записи со всех 4 электродов в пикселе было выполнено четыре последовательных записи с переключением между 4 электродами.Связанный по переменному току повторитель источника также присутствует в каждом пикселе для вывода с низким сопротивлением. 1024 канала записи имеют программируемое усиление в диапазоне от 2 до 3000 В / В и полосу пропускания, выбираемую между 0,5–10000 Гц или 0,3–10 кГц. Реконфигурируемый инструментальный усилитель позволяет переключаться между 4 различными режимами работы в одном и том же канале записи (например, внеклеточная запись, внутриклеточная запись, мониторинг импеданса и спектроскопия импеданса). В этой работе мы сосредоточились на 2 из этих 4 модальностей: внеклеточная запись и мониторинг импеданса.В случае внеклеточной записи сотовый сигнал получается путем подключения канала к выбранному пикселю. Вместо этого во время мониторинга импеданса источники прямоугольного тока, также присутствующие в канале записи, напрямую подключаются к одному электроду [см. Дополнительный рисунок S1 и (Lopez et al., 2018)]. Более подробную информацию об архитектуре и дизайне чипа можно найти в Lopez et al. (2018).

Рис. 1. Обзор многомодального CMOS MEA . (A) Схема всего КМОП-микросхемы MEA с увеличением одной активной области и одного пикселя. (B) Изображение КМОП-микросхемы MEA, прикрепленной к несущей печатной плате. (C) СЭМ-изображение одной активной области с четырьмя электродами разных размеров и восемью электродами сравнения. (Г, Д) СЭМ-изображения одного пикселя, содержащего электроды размером 2,5 × 3,5 мкм 2 (Г) или 11 × 11 мкм 2 (Д) .

Чипы CMOS MEA были соединены проводом и упакованы на отдельные печатные платы и подключены к специально разработанной стендовой испытательной установке, которая позволяла подавать необходимые напряжения, как сообщалось ранее (Lopez et al., 2018). Вся установка питалась от батареи, и для настройки и сбора данных с микросхемы использовалась карта цифрового ввода / вывода (PXI 6544, National Instruments).

Как упоминалось ранее, мы сосредоточились на 2 из 6 модальностей, присутствующих в микросхеме: мониторинг импеданса и запись напряжения. Режим контроля импеданса работает путем подачи генерируемого на кристалле прямоугольного сигнала возбуждения тока (1 кГц, 0,5 нА) и последующего измерения результирующего напряжения переменного тока на соответствующем канале. Схема контроля импеданса также использовалась для получения базового импеданса электродов в стандартном физиологическом растворе (фосфатный буферный раствор, PBS, Gibco ® ).Благодаря низкой амплитуде тока, применяемого для измерения импеданса, т. Е. Низкому напряжению, не было изменений физиологических свойств клеток или их мембранных токов транс- (Peters et al., 2015; Lopez и др., 2018).

Во время регистрации напряжения внеклеточный сигнал записывается инструментальным усилителем с программируемым усилением. Коэффициент усиления канала был установлен на 50 или 500 для импедансных или внеклеточных записей, соответственно.Более того, во время внеклеточной записи ширина полосы канала была запрограммирована в диапазоне 0,3–10 кГц. Все измерения напряжения проводились с использованием встроенных в кристалл опорных электродов (см. Раздел «Мультимодальный CMOS MEA Chip»). Все электрические измерения на первичных нейронах гиппокампа проводились при 37 ° C.

Флуоресцентная визуализация

Для экспериментов по иммуноокрашиванию первичные нейроны гиппокампа фиксировали в 4% растворе формальдегида в течение 10 мин (Thermo Fisher Scientific).Затем они были пермеабилизированы с использованием 0,2% раствора Тритона X (Sigma-Aldrich) в PBS в течение 5 мин. Затем для блокирования использовали 20% раствор козьей сыворотки (Sigma-Aldrich) в 0,2% Triton X (20 мин). Для окрашивания белка 2, связанного с микротрубочками (MAP2) в нейронах, в качестве первичного и вторичного антитела были выбраны куриные поликлональные антитела против MAP2 (ab92434, abcam) и козий анти-куриный IgY Alexa Fluor 488 (A11039, Invitrogen) соответственно. Вместо этого для картирования глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) в клетках глии в качестве первичных и вторичных антител были выбраны поликлональные кроличьи анти-GFAP (Z0334, Dako) и козьи антикроличьи IgG Alexa Fluor 568 (A11036, Invitrogen) соответственно. .После промывания блокирующего раствора PBS образцы инкубировали с первичными антителами в течение ночи при 4 ° C. После этого вторичные антитела инкубировали в течение 1 ч при комнатной температуре. Более того, 4 ‘, 6-диамидино-2-фенилиндол, дигидрохлорид (DAPI, D1306 Invitrogen) также добавляли к раствору вторичных антител для визуализации ядер.

Визуализация живых клеток также использовалась для сравнения с электрической визуализацией. В этом случае нейроны были загружены кальцеином зеленого AM (0.1 мкл / мл, Invitrogen, 1 ч инкубации при 37 ° C). Все флуоресцентные изображения были получены с использованием конфокального микроскопа (Zeiss Laser Scanning Microscope, LSM 780).

Сканирующая электронная микроскопия. Характеристики

Характеристики сканирующей электронной микроскопии (SEM) были выполнены с использованием FEI Nova 200 NanoSEM, работающего при 7 кВ и оснащенного детектором Everhart-Thornley (ETD). Неупакованные фиктивные чипы использовались для характеристики электродов CMOS MEA.

Образцы

нейронов SEM (3 DIV) получали, как описано в разделе «Культура первичных нейронов гиппокампа (PHN) на мультимодальном CMOS-чипе MEA», и высевали на фиктивные чипы MEA при 25000 клеток / см 2 .Затем их фиксировали 2% раствором глутарового альдегида и подвергали дегидратации с увеличивающимися концентрациями этанола. После этого они были химически высушены с использованием гексаметилдисилазана (HMDS, Sigma-Aldrich).

Перед визуализацией все образцы были покрыты 3 нм платины (Pt), а затем они были закреплены на держателе с помощью проводящей углеродной ленты.

Анализ данных

Все данные были проанализированы с использованием программного обеспечения Matlab ® . Во время измерений импеданса, чтобы компенсировать разницу внутреннего импеданса между несколькими электродами и множеством микросхем, данные были нормализованы следующим образом.Сначала для каждого электрода данные импеданса, записанные в культуре клеток, были нормализованы к средним базовым значениям, зарегистрированным в PBS (eq1). Позже масштаб данных был изменен между 0 и 1, где 0 представляет минимальное значение, а 1 — максимальное значение всего набора данных. В частности, 0 и 1 соответствуют увеличению эффективного импеданса на 11,3 и 92,5% соответственно. Выбросы также были удалены из анализа.

ΔZ = Zcell-ZPBS, среднее ZPBS, среднее (1)

Анализ данных записи напряжения был выполнен с помощью специально разработанного сценария, адаптированного из работы, описанной в Quian Quiroga and Nadasdy (2004).Вкратце, необработанные данные фильтровали с использованием фильтра Баттерворта четвертого порядка в диапазоне частот от 500 до 5000 Гц. Выбранный диапазон соответствует тому, что обычно сообщается в литературе, чтобы отфильтровать медленные колебания потенциала локального поля (LFP) и сосредоточиться на внеклеточных потенциалах действия (EAP) (Quian Quiroga and Nadasdy, 2004; Obien et al., 2015; Jun et al., 2017). Чтобы исключить артефакты измерений или вклад неисправных каналов / электродов в измерения, данные каждого канала оценивались индивидуально с использованием автоматизированного алгоритма, основанного на поведении шума среднеквадратичного значения (RMS).Обнаружение пиков выполнялось с использованием порогового значения амплитуды. Более подробно, автоматический порог (Thr) был определен в соответствии со следующим уравнением, описанным в Quian Quiroga and Nadasdy (2004):

Thr = 6⋅σn σn = медиана {| x | 0,6745} (2)

Где x — отфильтрованный сигнал (записанный с одного электрода), а n представляет собой оценку стандартного отклонения фонового шума (медианное абсолютное отклонение, MAD). Как описано в Quian Quiroga и Nadasdy (2004), при выборе медианы для оценки шума помехи от пиков в сигнале сильно уменьшаются по сравнению с прямым вычислением стандартного отклонения.Выбор оптимального порога всегда является компромиссом между потерей информации о выбросах меньшей амплитуды (слишком высокий порог) и ложноположительных сигналах (слишком низкий порог). В своей работе мы выбрали порог, равный шестикратному MAD. После обнаружения всплесков как время всплеска, так и 60 выборок данных, соответствующих ~ 2 мс, были сохранены для каждого обнаруженного сигнала для последующего анализа.

Чтобы оценить качество измеренных внеклеточных пиков, максимальное отношение сигнал / шум (SNR) было рассчитано путем деления максимальной амплитуды пиков, обнаруженной в каждом канале, с помощью MAD для каждого записанного канала (т.е. общий шум). Сортировка спайков не выполнялась, поскольку в этой работе нас больше всего интересовало общее поведение сети.

Результаты и обсуждение

Мультимодальный CMOS-чип MEA

Мультимодальный КМОП-чип 0,13 мкм MEA имеет 16 384 электрода, расположенных в 4096 пикселей, 1024 канала одновременного считывания, 64 мультиплексора, 64 блока стимуляции и 64 АЦП (рис. 1A). На рисунке 1B показан чип, упакованный на несущую печатную плату с проводами, покрытыми эпоксидной смолой для электрической изоляции [как описано в разделе «Культура первичных нейронов гиппокампа (PHN) на мультимодальном кристалле CMOS MEA»].Доступ к 16 разделенным «активным областям» на поверхности чипа можно осуществлять одновременно или независимо, и каждая из них состоит из 256 пикселей в матричной конфигурации 16 × 16 (рисунок 1A). Каждый пиксель содержит четыре электрода (рис. 1A), что приводит к 1024 электродам на активную область (рис. 1C) с шагом электродов 15 мкм. Каждый пиксель содержит мультиплексор 4-к-1, который подключается к одному из четырех электродов [см. Дополнительный рисунок S1 и (Lopez et al., 2018)]. Каждая из 16 активных областей также содержит восемь дополнительных пикселей, подключенных к восьми интегрированным большим электродам сравнения из TiN (50 × 235 мкм, 2 ), окружающим каждую область (рисунок 1C).

Электроды из

TiN проходят внутреннюю постобработку на кристалле CMOS с использованием процесса BEOL с шестью металлическими слоями алюминия, как описано в разделе «Электрические измерения с помощью чипа CMOS». Чип был заполнен четырьмя различными размерами электродов, чтобы оценить влияние размера электрода на амплитуду сигнала измерения и шум. Четыре разных размера электродов можно увидеть на рис. 1C, от большого до малого: 11 × 11 мкм 2 , 7 × 7 мкм 2 , 4,5 × 4,5 мкм 2 и 2.5 × 3,5 мкм 2 . На рисунках 1D, E показаны типичные СЭМ-изображения 1 пикселя с электродами 2,5 × 3,5 мкм 2 и 11 × 11 мкм 2 соответственно (см. Дополнительный рисунок S2 для дополнительных СЭМ-изображений двух других размеров электродов).

Электрическое изображение с использованием встроенного импеданса фиксированной частоты

Неинвазивная визуализация адгезии и роста клеток без меток представляет интерес практически для любого применения в культуре клеток (Asphahani and Zhang, 2007; Heileman et al., 2013; Xu et al., 2016). Существует множество пространственных характеристик, таких как пре- и постсинаптическое расположение нейронов, фенотипические особенности или различные группы клеточных морфологий, которые имеют решающее значение для характеристики нейронной цепи и часто отводятся на задний план по сравнению с внеклеточными записями (Delgado Ruz and Schultz, 2014). Тем не менее, они имеют решающее значение для улучшения и расширения наших текущих знаний о функциональности и потенциале нейронных сетей in vitro , особенно для целей скрининга лекарств (Feng et al., 2009; Дельгадо Руз и Шульц, 2014). Помимо важности для оценки множественных фенотипических сигналов, как упоминалось ранее, мониторинг импеданса также является ключевым для других исследований, таких как жизнеспособность, пролиферация и адгезия клеток, которые необходимы для разработки инновационных стратегий борьбы с множественными заболеваниями, включая рак и заживление ран (Park et al. ., 2018б). Наша первая цель состояла в том, чтобы использовать функцию мониторинга импеданса нашей платформы CMOS MEA, чтобы различать свежесобранную и сливную культуру.Чтобы изучить адгезию клеток сразу после посева, мы измерили величину импеданса культуры клеток через 4,5 часа после посева, используя настройку мониторинга импеданса 1 кГц на чипе MEA. На рис. 2А показана запись импеданса 1 полной активной области на кристалле (все 1024 электрода). Как ранее описано в разделе «Анализ данных», импеданс нормализуется к средним значениям, вычисленным в PBS, чтобы учесть внутренние различия между микросхемами и облегчить интерпретацию данных.

Рисунок 2. Электрическая и конфокальная визуализация первичных культур гиппокампа на 0 и 8 DIV. (A, B) Карта электрического импеданса и конфокальное изображение культуры клеток, окрашенных кальцеином AM через 4,5 часа после посева. (C, D) Карта электрического импеданса и конфокальное изображение конфлюэнтной культуры 8 DIV, окрашенной кальцеином AM. И электрические, и конфокальные изображения соответствуют одной и той же площади поверхности чипа (одна активная область, то есть 1024 электродов, 2500 мкм 2 ). (E) Гистограмма, иллюстрирующая распределение изменения относительного импеданса, зарегистрированного 1024 электродами для культур 0 DIV (черный) и 8 DIV (серый).

Затем клетки

окрашивали живым окрашивающим маркером Calcein Green-AM для сравнения с картированием импеданса (рис. 2B). Этот краситель связывает свободный Ca 2+ , присутствующий в цитозоле клетки. Как видно из сравнения, присутствие клеток, отслеживаемое обоими методами, частично перекрывается, хотя данные импеданса, по-видимому, демонстрируют более подробное представление о культуре клеток.Это можно объяснить тем, что окрашивание кальцеином занижает полный контур клетки, особенно очень тонко распределенные части клетки. Кроме того, чувствительность индикатора Ca 2+ зависит от количества свободного Ca 2+ в ячейке и чувствительности метода микроскопа, в то время как сигнал импеданса напрямую зависит от пути тока, который нарушается наличие клеток. Более конкретно, ячейка, покрывающая электрод, действует как барьер для пути тока, и поэтому общий зарегистрированный импеданс увеличивается.Эти вариации импеданса зависят от расстояния между ячейкой и электродом, которое связано с адгезией ячейки (Giaever and Keese, 1991). Помимо упомянутых выше преимуществ, существует также явная разница во времени, необходимом для получения результатов: в то время как мониторинг импеданса занимает всего около 2 минут, получение конфокального изображения всей поверхности чипа занимает около 20–30 минут. Вместо этого, рассматривая конфлюэнтную культуру (8 DIV), четкое полное покрытие поверхности чипа можно увидеть с помощью обоих методов (Рисунки 2C, D).Гистограмма с распределением относительных изменений амплитуды импеданса как для исходной, так и для 8 DIV культур показывает, что средняя вариация в первые часы культивирования значительно ниже (0,24 ± 0,04) по сравнению с 8 DIV (0,72 ± 0,08). (Рисунок 2E). Как широко сообщается в литературе, высокие относительные вариации импеданса приводят к прочно прикрепленным клеткам, поскольку в этом случае большая часть тока блокируется (Qiu et al., 2008; Chen et al., 2012). Кроме того, в исходной культуре до 55% электродов не показывают относительных изменений импеданса по сравнению с базовыми измерениями, выполненными в PBS.Этот результат указывает на низкую степень адгезии клеток, поскольку 4,5 часа недостаточно для полного прилипания клеток к поверхности чипа. В соответствии с данными импеданса, картина конфокальной микроскопии исходной культуры на рисунке 2B показывает, как клетки все еще находятся в процессе прикрепления или еще не прочно прикрепились. Вместо этого, когда культура достигает стадии слияния, можно наблюдать гауссовский профиль адгезии, связанный с более высокой степенью клеточной адгезии на поверхности чипа. Точно так же конфокальная микрофотография подтверждает данные импеданса, поскольку она показывает полностью конфлюэнтную культуру клеток.Измерения импеданса и конфокальной визуализации были выполнены, чтобы гарантировать адекватное временное соответствие между двумя экспериментами.

Регистрация одиночных всплесков и синхронной активности с высокой плотностью

Первичные нейроны гиппокампа крысы являются отличной модельной системой для изучения нейронной коммуникации (Beaudoin et al., 2012; Dawson et al., 2018), поэтому эта модель культуры была выбрана для проверки функции записи напряжения CMOS-чипа. Когда нейроны гиппокампа выдерживаются в культуре в течение достаточно длительного времени (минимум 2 недели), можно регистрировать спонтанную электрическую активность (Mazzoni et al., 2007; Charlesworth et al., 2011). С этого момента синхронизированную сетевую активность можно измерять как группы всплесков в широком диапазоне частот и интервалов между всплесками (Mazzoni et al., 2007; Gandolfo et al., 2010; Kim et al., 2014).

Чтобы зафиксировать эти особенности, нейроны гиппокампа культивировали на чипе в течение минимум 15 дней. Затем их спонтанная активность регистрировалась 1024 электродами одновременно в 4 активных областях (1 электрод на пиксель, активные области 1–4). Как объяснено в разделе «Электрические измерения с помощью КМОП-чипа», было выполнено четыре последовательных записи для записи активности всех 4 электродов на пикселях.На рис. 3А показаны характерные необработанные записи записи напряжения от 6 из 1024 электродов, используемых для одного измерения в течение 30 секунд. Данные были отфильтрованы полосой пропускания (500 Гц – 5 кГц), и для обнаружения выбросов был применен порог 6 σ noise (см. Подробности в разделе «Анализ данных»). В 15 DIV нейронная сеть функционирует, но все еще растет и расширяется на поверхности MEA, что приводит к частым и коротким синхронизированным событиям активности, как сообщалось ранее (Mescola et al., 2016). Чтобы разрешить отдельные всплески, необходимо учитывать более короткие временные масштабы, как показано в увеличенном масштабе на Рисунке 3B (100 мс) и Рисунке 3C (2 мс). Далее мы определили SNR с учетом всех 1024 записанных электродов в пяти последовательных измерениях (процедура описана в разделе «Анализ данных»). Как показано на рисунке 3D, было вычислено среднее отношение сигнал / шум 10,1 ± 1,9 дБ, показывающее, как большинство графиков отображают сигналы, которые можно хорошо отличить от шума. Чтобы визуально определить жизнеспособность и рост нейронов, мы затем окрашивали двухнедельные культуры нейронов флуоресцентными маркерами нейронов (MAP2, зеленый), ядер клеток (DAPI, синий) и глиальных клеток (GFAP, красный), как показано на рисунке 3E и вставке ( подробности о окрашивании см. в разделе «Флуоресцентная визуализация»).Как видно из рисунков 3D, E, после 14 DIV ячейки образовали сложную сеть, распространяющуюся по всей поверхности активной области. В частности, протокол клеточной культуры (в частности, покрытие и плотность посева) был оптимизирован, чтобы ограничить явления кластеризации, которые можно наблюдать в старых культурах нейронов и которые могут мешать пространственному расположению культуры (Zeng et al., 2007). Мы также предварительно выполнили SEM на культивированных нейронах на чипе (3DIV), следуя процедуре, описанной в разделе «Сканирующая электронная микроскопия».На рис. 3F показаны расширенные нейронные сети на отдельной активной области и с большим увеличением на меньшей области (вставка). После культивирования чипы могут быть очищены с использованием протокола, описанного в разделе «Культура первичных нейронов гиппокампа (PHN) на мультимодальном CMOS-чипе MEA», и при желании их можно использовать повторно несколько раз (до трех-пяти раз). (Welkenhuysen et al., 2016).

Рисунок 3. Записи нейронального напряжения и микроскопия. (A) Необработанные следы спонтанной электрической активности, записанные от первичных нейронов гиппокампа при 15 DIV на 6 из 1024 электродов в течение 30 с (шкала: 400 мкВ по вертикали, 2 с по горизонтали). (B) Увеличьте масштаб записанной спонтанной активности на 100 мс, выявляя отдельные всплески (шкала: 200 мкВ по вертикали, 10 мс по горизонтали). (C) Профиль отдельного пика, соответствующий синему прямоугольнику в B (шкала: 100 мкВ по вертикали, 0,5 мс по горизонтали). (D) Максимальное отношение сигнал / шум, рассчитанное для 1024 электродов во время пяти последовательных записей в соответствии с методом, описанным в разделе «Анализ данных», и показывающее среднее отношение сигнал / шум 10,1 ± 1,9 дБ. (E) Иммуноокрашивание 14 DIV культуры первичных нейронов гиппокампа на одной активной области чипа и на увеличенной области (вставка). Нейроны, отображающие иммуноокрашивание MAP2, можно наблюдать зеленым цветом, GFAP, картирующий глию, присутствующую в культуре, отмечен красным цветом, а ядра показаны синим (DAPI). (F) СЭМ-изображения первичной культуры нейронов гиппокампа размером 3 DIV на одной активной области и на увеличенной области (вставка) КМОП-чипа.

Мы провели несколько измерений в течение более чем 1 часа в культуре нейронов и представили общее поведение сети в виде единого растрового графика (рис. 4).Пики, обнаруженные с помощью алгоритма пороговой обработки, описанного в разделе «Анализ данных» (> 6 σ шум ), представлены в виде черных квадратов, отображающих синхронность нейронной сети на 15 DIV. Синхронное поведение сети можно также идентифицировать на гистограмме внизу рисунка 4, показывающей для каждой секунды (1 интервал = 1 с) общее количество обнаруженных пиков в секунду (пиков / с). Эта активность может быть устранена путем добавления блокатора Na + TTX (50 мкМ), что демонстрируется уменьшением обнаружения спайков после добавления этого соединения (красная стрелка на Фигуре 4).Неравномерная частота синхронизированной активности, вероятно, была связана с различными и динамическими переходами синхронизированной активности, присутствующими в нейронных сетях (Kim et al., 2014). Средняя максимальная амплитуда спайка составила 144,8 ± 84,6 мкВ, что согласуется с данными, опубликованными в литературе (Maccione et al., 2013).

Рисунок 4. Самопроизвольная сетевая активность и эксперимент TTX. ( Top ) Растровый график, показывающий активность сети (ось y ) 1024 электродов во времени (ось x ) в течение более чем 1 часа.Каждый черный квадрат соответствует идентифицированному шипу. ( Нижний ) Гистограмма общего количества выбросов в секунду с 1 интервалом = 1 с.

Влияние размера электрода на шум и амплитуду сигнала

Поскольку КМОП-чип состоит из тысяч электродов, и эти электроды разделены на четыре группы электродов разного размера, мы можем исследовать влияние размера электродов на мощность сигнала и поведение шума (см. Раздел «Анализ данных» для получения более подробной информации о использованные методы).Все нейрональные данные, представленные в этом разделе, были получены путем включения 1024 электродов в 4 активных областях (области 1–4) на культуре нейронов 15 DIV ( n = 5 измерений). При записи нейронного сигнала с использованием планарных электродов in vitro качество нейронной записи (например, SNR) будет зависеть от нескольких факторов: (i) размера электрода, (ii) импеданса электрода и входного сопротивления записывающего усилителя. , (iii) электродный шум и шум записывающего усилителя, и (iv) расстояние и выравнивание между нейроном и электродом.Эти факторы способствуют различным эффектам деградации сигнала, которые объясняются следующим образом.

Общий шум, влияющий на нейронную запись, состоит из двух компонентов: (i) тепловой шум, создаваемый интерфейсом электрод-ячейка (V n-elec ) и (ii) шум считывающей электроники (V n-amp ) . Общий шум (V n-total ) можно рассчитать как:

Vn − total = Vn − elec2 + Vn − amp (3)

Шум, создаваемый границей раздела электрод-элемент (или электрод-электролит), в основном зависит от площади электрода, емкости двойного слоя, образующейся на границе раздела (т.е.е., импеданс электрода) и удельное сопротивление физиологического раствора, среды или клеточной мембраны (Yang et al., 2010; Lopez et al., 2012; Viswam et al., 2018b). Мы измерили общий шум для электродов разного размера в физиологическом растворе (раствор PBS) с наличием ячеек и без них. На рисунке 5A показано, что в общем шуме V n-total , измеренном в физиологическом растворе, преобладает шум электроники [∼7,5 мкВ, , среднеквадратичное значение , в полосе частот от 300 Гц до 10 кГц, как сообщается в Lopez et al. (2018)] В частности, измеренное значение V n-total в физиологическом растворе варьируется от 6.4 ± 1,3 мкВ среднеквадратичное значение до 7,3 ± 0,6 мкВ среднеквадратичное значение для самого большого (11 × 11 мкм 2 ) и самого маленького (2,5 × 3,5 мкм 2 ) электродов соответственно. Можно наблюдать логическую зависимость площади от более высокого импеданса малых электродов (см. Дополнительный рисунок S3), о чем также сообщается в литературе (Obien et al., 2015; Viswam et al., 2018b). Тем не менее, благодаря низкому импедансу материала электрода TiN, уменьшение размера электрода не оказывает существенного влияния на качество записи (Jun et al., 2017). Аналогичные выводы были сделаны Viswam et al. (2018b), чья работа демонстрирует, что путем нанесения на их электроды гальванического покрытия для достижения низкого импеданса можно добиться хорошего качества записи in vitro даже с диаметрами электродов менее 5 мкм. В присутствии нейронной культуры (15 DIV, рис. 5B), V n-total больших электродов все еще находится под влиянием шума электроники, поскольку можно предположить, что в среднем электрод не полностью покрыт клетками, даже в зрелых культурах.Но когда небольшой электрод (например, равный или меньший, чем тело ячейки, как видно на рисунках 3E, F) полностью или почти полностью покрыт ячейкой, импеданс клеточной мембраны будет играть важную роль в общем шуме, как это наблюдается. на рисунке 5C, что увеличивает зависимость области. Фактически, непокрытые электроды (части) имеют более низкий импеданс и, следовательно, более низкие шумовые характеристики.

Рис. 5. Влияние размеров электродов на шум, максимальную амплитуду выброса и отношение сигнал / шум. (A – C) Коробчатая диаграмма зависимости шума от размера электрода, измеренного в физиологическом растворе (A) или в случае культуры нейронов 15 DIV, выращенной на чипе CMOS MEA (B) .Зависимость среднего шумового поведения между PBS и культурами нейронов от размера электрода (C) . (D, E) Коробчатая диаграмма максимальной амплитуды выброса (D) и максимального отношения сигнал / шум (E) для разных размеров электродов. Данные были получены на культуре нейронов 15 DIV за n = 5 измерений. (F) Распределение амплитуды сигнала и шума, зарегистрированного с 1024 электродов за n = 5 измерений. На всех прямоугольных диаграммах на этом рисунке выбросы были удалены, горизонтальная линия представляет собой медианное значение, черный квадрат представляет собой среднее значение, прямоугольник ограничивает перцентиль 25 -го и 75 -го , а усы представляют 10 и 90 процентиль.

Затем мы сравнили максимальные амплитуды выбросов, записанные для каждого типа электродов (рис. 5D), и наблюдалась противоположная тенденция: меньшие электроды показывают более высокие амплитуды (172,9 ± 71,6 мкВ и 99,9 ± 70,1 мкВ для самого маленького и самого большого электродов, соответственно. ). Это связано с зависимостью амплитуды записанного нейронного сигнала от (i) расстояния между электродом и нервным источником и (ii) площади электрода. Амплитуда сигнала может быть значительно уменьшена из-за эффектов пространственного усреднения по регистрирующей области электродов.Это пространственное усреднение изучалось и сообщалось в нескольких публикациях (Canakci et al., 2017; Hill et al., 2018; Viswam et al., 2018b). Работа Viswam et al. (2018b) показывает, что сигнал от очень близкого источника может иметь ослабление до 25% при измерении с помощью электрода 2 размером 86 мкм по сравнению с электродом 2 размером 11 мкм. Этот эффект также наблюдался в наших измерениях, как показано на рисунке 5D. В нашем случае для самых больших электродов наблюдалось ослабление сигнала ∼42 ± 1,4%.Это означает, что уменьшение площади электродов не приводит к значительному ухудшению максимального отношения сигнал / шум нейронных сигналов, регистрируемых плоскими электродами. Как показано на рисунке 5E, наблюдается только небольшое ухудшение отношения сигнал / шум или его отсутствие в зависимости от размера электрода и ориентации нейронного источника. Наконец, мы сравнили распределение максимальных амплитуд спайков, зарегистрированных всеми электродами, с распределением шума (рис. 5F), что привело к четкому различию между сигналами нейронов и шумом.

Комбинированная запись электрического тока высокой плотности и визуализация импеданса

Одновременный мониторинг электрофизиологических свойств клеток вместе с пространственной визуализацией имеет решающее значение для электрогенных клеток, таких как нейроны или кардиомиоциты (Delgado Ruz and Schultz, 2014; Park et al., 2018б). Благодаря высокому временному разрешению нашей CMOS MEA (0,1 мс за 1 период при 1 Гц) мы можем отслеживать быструю клеточную динамику, связанную, например, с модуляцией активности ионных каналов (Weyer et al., 2016), сократимость клеток (Lopez et al., 2018) или даже активация рецепторов, связанных с G-белком (Zitzmann et al., 2017). Более того, возможность записи сразу с нескольких электродов позволяет считывать нейронные сети с высокой плотностью (Franke et al., 2012; Müller et al., 2015).На рис. 6А показан снимок общей электрической активности, записанной путем последовательного включения каждого из четырех электродов в каждом пикселе с использованием всех 1024 каналов записи на культуре нейронов 15 DIV PHN. Это приводит к одновременной регистрации активности в 4-х соседних активных областях, информация собирается с 4096 электродов. Схема выбора электродов микросхемы позволяет производить запись со всех 1024 электродов в конкретной активной области или выбирать комбинацию электродов в каждой из 16 различных активных областей для увеличения пространственного разрешения.Кроме того, в каждом пикселе присутствуют различные режимы, что дает пользователю возможность полностью гибкого выбора считывания: для записи напряжения коэффициент усиления каждого канала может регулироваться индивидуально, с большим разбросом коэффициентов усиления для работы с большим разнообразием ячеек и типы тканей. Для импедансной визуализации (с частотой дискретизации 30 кГц) данные могут быть получены с частотой 1 или 10 кГц. Обе функции также могут быть совмещены в одной области. Это фундаментально для разработки инновационных платформ тестирования и скрининга наркотиков (Park et al., 2018б). Комбинируя электрическую запись с измерениями импеданса, можно получить четкую карту как морфологии клетки, так и ее электрофизиологического отпечатка. Фигуры 6B, C демонстрируют запись электрической активности и визуализацию импеданса, соответственно, в выбранной области чипа культуры 43 DIV. Как можно понять из рисунков, области с более низкой активностью соответствуют областям с более низким изменением импеданса. Это может быть быстрый и неинвазивный инструмент для различения областей чипа, которые не проявляют никакой электрической активности, несмотря на то, что они покрыты клетками, от областей, которые не проявляют активности из-за отсутствия покрытия клеток или неоднородных условий культивирования. .Эти результаты представляют собой предварительное подтверждение концепции нашей мультимодальной CMOS MEA в качестве инновационной платформы не только для регистрации активности электрогенных клеток, но и для мониторинга их пространственного распределения с помощью неинвазивного подхода в реальном времени без меток.

Рисунок 6. Комбинированная электрическая регистрация и импедансная томография. (A) Карты спайков, показывающие максимальную амплитуду, зарегистрированную в четырех активных областях (активные области 1–4) на культуре нейронов 15 DIV PHN.Каждая отдельная карта соответствует активной области на кристалле размером 500 × 500 мкм 2 . Карта включает измерения по всем четырем электродам, присутствующим в пикселе, для всех 1024 пикселей. В результате получается всего 4096 электродов, измеренных в группах по 1024 (одно измерение электрода на пиксель). (B, C) Карта спайков и изображение электрического импеданса нейрональной культуры 43 DIV PHN, увеличенное в области, соответствующей 250 × 500 мкм поверхности 2 и 512 электродов.

Заключение

В этой работе мы сообщили о визуализации импеданса и регистрации напряжения первичных нейронных сетей гиппокампа крысы, выращенных на мультимодальном КМОП-чипе MEA.Мультимодальность чипа позволяла одновременно контролировать электрофизиологическую активность и рост первичных нейронов in vitro . Измерения, полученные при мониторинге импеданса на частоте 1 кГц, позволили нам с помощью только электрического изображения различать свежесобранную (через 4,5 часа после посева) и сливную (8 DIV) культуру. Таким образом, электрическая визуализация позволяет использовать потенциальный неинвазивный и быстрый метод без использования микроскопа для мониторинга клеточных культур на разных стадиях развития.Кроме того, в отличие от обычного окрашивания и микроскопии, он не требует измерений конечных точек, подготовки образцов или обученного персонала для проведения манипуляций. Наблюдались и регистрировались многочисленные эпизоды синхронной активности. Максимальное соотношение сигнал / шум в среднем составляло 10,1 ± 1,9 дБ, что обеспечивает четкое различие между измеренными сигналами и шумом. Зависимость от размера электродов наблюдалась как для отношения сигнал / шум, так и для шума и максимальной амплитуды, зарегистрированной на различных группах электродов, присутствующих на кристалле.За счет уменьшения площади электродов максимальное SNR, зарегистрированное на культурах нейронов PHN с нашими планарными электродами, существенно не ухудшается. Напротив, более высокая максимальная амплитуда выброса была обнаружена меньшими электродами по сравнению с большими. Это связано с уменьшением амплитуды сигнала из-за эффектов пространственного усреднения по регистрирующей области электродов. Высокая плотность электродов позволила контролировать культуру по четырем активным областям (каждая 500 × 500 мкм, 2 ) и 4096 электродам, доступ к 1024 за один раз.Благодаря гибкости в выборе модальности и высокой плотности электродов на CMOS MEA станет возможным дальнейшая оптимизация схем регистрации импеданса и напряжения. Таким образом, можно охватить более широкий пространственный диапазон, обращаясь к нескольким сайтам одновременно (например, для изучения неоднородности клеточных культур), или можно уделить особое внимание целевой области в соответствии с окончательным приложением. Кроме того, другие четыре метода (внутриклеточная запись, стимуляция током и напряжением и спектроскопия импеданса) могут быть применены в том же эксперименте, что еще больше расширяет возможности применения представленной платформы.Различные размеры электродов также могут использоваться вместе с универсальностью чипа для оценки физиологических явлений, происходящих в самых разных масштабах, например, в диапазоне от распространения аксонов до динамики сети. Таким образом, очевидно, что мультимодальность является ключевым элементом для разработки передовых платформ MEA. Наконец, имея возможность использовать электрическую визуализацию на разных стадиях клеточного роста in vitro , не мешая клеточному росту, можно выполнять одновременную оценку различных физиологических свойств культивируемых нейронов.Таким образом, этот инструмент может проложить путь как для ответа на сложные фундаментальные вопросы нейробиологии, так и для помощи в существующей парадигме разработки лекарств.

Заявление об этике

Все эксперименты с живыми животными проводились в соответствии с руководящими принципами, утвержденными комитетом по этике животных местного университета и в соответствии с Директивой Совета Европейских сообществ от 24 ноября 1986 г. (86/609 / EEC).

Авторские взносы

BM задумал и спланировал эксперименты при поддержке DB и CL, провел эксперименты и проанализировал данные.BM, CL, EG и DB внесли свой вклад в подготовку рукописи, интерпретацию результатов и предоставили критическую обратную связь. CL внесла свой вклад в дизайн чипа. JP разработала программное обеспечение для сбора данных при поддержке MS. ОК работал с первичными культурами клеток при поддержке BM, помогал во время флуоресцентной визуализации и получил характеристики SEM. S-WC помог в анализе данных нейронных записей. AF и AA работали над изготовлением и постобработкой устройства. VR и DB контролировали и управляли исследованием.

Финансирование

Эта работа была частично поддержана «Агентством по инновациям в области науки и технологий во Фландрии» (IWT) и Электронными компонентами и системами для европейского лидерства (ECSEL) «InForMed» (№ 2014-2-662155).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Dr.Жоао Коуту за обсуждение и поддержку в анализе данных, а также профессора Герта Каллеверата за полезные советы и обсуждения.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2019.00641/full#supplementary-material

Список литературы

Эбботт, Дж., Йе, Т., Цинь, Л., Йорголли, М., Гертнер, Р. С., Хэм, Д., и др. (2017). КМОП-матрица наноэлектродов для полностью электрической внутриклеточной электрофизиологической визуализации. Нац. Nanotechnol. 12, 460–466. DOI: 10.1038 / nnano.2017.3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амин, Х., Макчоне, А., Маринаро, Ф., Зордан, С., Ниус, Т., и Бердондини, Л. (2016). Электрические ответы и спонтанная активность нейронных сетей, полученных из ИПС человека, охарактеризованные для 3-месячного культивирования с 4096-электродными решетками Фронт. Neurosci. 10: 121. DOI: 10.3389 / fnins.2016.00121

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Асфахани, Ф.и Чжан М. (2007). Биосенсоры клеточного импеданса для скрининга на наркотики и обнаружения токсинов. Аналитик 132, 835–841.

Google Scholar

Beaudoin, G.M.J., Lee, S.-H., Singh, D., Yuan, Y., Ng, Y.-G., Reichardt, L.F., et al. (2012). Культивирование пирамидных нейронов из гиппокампа и коры головного мозга мышей в раннем постнатальном периоде. Нац. Protoc. 7, 1741–1754. DOI: 10.1038 / nprot.2012.099

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Биффи, Э., Регалии, Г., Менегон, А., Ферриньо, Г., и Педрокки, А. (2013). Влияние плотности и созревания нейронов на сетевую активность культур клеток гиппокампа: методологическое исследование. PLoS One 8: e83899. DOI: 10.1371 / journal.pone.0083899

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанакчи, С., Фарук Той, М., Фатих Инчи, А., Лю, X., и Кузум, Д. (2017). Вычислительный анализ сетевой активности и пространственной досягаемости резкой волновой ряби. PLoS One 12: e0184542.DOI: 10.1371 / journal.pone.0184542

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чарльзуорт, П., Коттерилл, Э., Мортон, А., Грант, С. Г., и Эглен, С. Дж. (2011). Ортодентик необходим для выживания кластера клонально связанных дофаминергических нейронов в головном мозге личинок и взрослых дрозофилы. Neural Dev. 10: 1. DOI: 10.1186 / s13064-014-0028-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Вонг, К.К., Пуи, Т. С., Надипалли, Р., Вирасекера, Р., Чандран, Дж. И др. (2012). КМОП-матрица биосенсоров с электрическим импедансом высокой плотности для обнаружения опухолевых клеток. Sens. Приводы B Chem. 173, 903–907. DOI: 10.1016 / j.snb.2012.07.024

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chi, T., Park, J. S., Butts, J. C., Hookway, T. A., Su, A., Zhu, C., et al. (2015). Мультимодальная матрица КМОП-сенсоров для клеточного анализа и скрининга лекарств. IEEE Trans.Биомед. Circuits Syst. 9, 801–814. DOI: 10.1109 / TBCAS.2015.2504984

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэниэлс, Дж. С., Пурманд, Н. (2007). Импедансные биосенсоры без этикеток: возможности и проблемы. Электроанализ 19, 1239–1257. DOI: 10.1002 / elan.200603855

PubMed Аннотация |

Elèctrode — Viquipèdia, l’enciclopèdia lliure

Elèctrode electroquímic de primera classe.

Un elèctrode — это электрический проводник, который используется для установки цепи, позволяющей установить возможный электрический ток через través d’un medi (que en separa dos elèctrodes).Els elèctrodes són normalment metàl·lics o de grafit. En algunes reaccions químiques com l’electròlisi s’utilitzen elèctrodes разделяет per una solució iònica pipeline que tanca el circuit elèctric.

La paraula procdeix de les paraules gregues elektron , que means ambre i de la qual prové la paraula electricitat i hodos , queigna camí .

Ànode i Càtode en Cel·les Electroquímiques [изменение]

A una cel·la electroquímica el terme elèctrode es refereix tant a l’ànode com al càtode, mots també encunyats per Faraday.L’ànode es defineix com l’elèctrode pel qual els Electron, который покинул ячейку и стал последовательностью es produeix una Oxidació, mentre el càtode — это l’electrode pel qual n’arriben els Electrons, produint-se una reducció. Cada elèctrode pot esdevenir l’ànode o el càtode en funció del voltatge que s’apliqui a la cel·la. Un elèctrode bipolar is un elèctrode que fa d’ànode a una cel·la i de càtode a una altra cel·la.

Cel·la Primària [изменение]

Les piles comunes estan dotades de dos elèctrodes.

Una cel·la primària és un tipus especial de cel·la electroquímica a la qual la reacció no és reversible, la cel·la pot ser descarregada però no carregada, i la identityat de l’ànode i el càtode és fixa, l ànode és semper l’elèctrode negatiu i el càtode el positiu.

Cel·la Secundària [изменение]

Una cel·la secundària és un tipus de cel·la electrolítica a la qual la reacció electroquímica que genera energia és reversable, un seria una bateria recarregable.Quan la cel·la està essent descarregada es comporta com una cel·la voltaica (primària), amb l’ànode com a l’elèctrode negatiu i el càtode com el positiu.

Altres Ànodes i Càtodes [изменение]

Устанавливает полярность полупроводников (диоды, электролитические конденсаторы) с узлом на электроде (+) и катодом с отрицанием (-). Электроны входят в устройство в través del càtode i el deixen в través de l’ànode.

A una cel·la de tres elèctrodes hi ha un tercer elèctrode que s’utilitza per la connexió amb l’electròlit i poder aplicar un corrent a l’elèctrode que treballa.Aquest tercer elèctrode acostuma — это инертный материал, похожий на металлический благородный или графитовый для жидкости.

Электроды солдата в дуге [изменение]

A la soldadura a l’arc s’utilitza un elèctrode per wire el corrent elèctric fins al punt on es vol fer la soldadura. Segons el tipus de soldadura a l’arc, l’elèctrode pot ser consumit durant el procés, com en el cas de la soldadura MIG ( Metal Inert gas que utilitza un gas inert amb un d’elèctrode de fil que es fon) o la soldadura amb elèctrode revestit (que utilitza un elèctrode metàl·lic amb revestiment que afavoreix el procés), o no ser-ho com en el cas de la soldadura TIG ( Tungsten Inert Gas que utilitza elèctrodes de tungstè i una atmosfera ).Als sistemes de soldadura que funcionen amb corrent contin l’elèctrode de soldadura, el que s’aplica sobre la peça a soldar, pot ser el càtode si l’espai entre les peces a soldar s’ha d’omplir de metall o l ‘ ànode si es tracta d’un altre tipus de soldadura. В соответствии с системой солдатской арки, альтернативной альтернативой является отправка парлар-узла или катода, которая поляризует канвы для всех времен.

Elèctrodes de Corrent Altern [изменение]

Согласно системе elèctrics que usen corrent alternate, els elèctrodes són Connexions del circuit cap a l’objecte que actarà sota el corrent elèctric, però no es designa node or càtode a causa del fet que l’adreça del flux dels electrons canvia però nombroses vegades per segon.Són una excepció a això, els sistemes en els quals el corrent altern que s’aplica és de baixa амплитуда (например, 10 мВ) de tal forma que no s’alterin les propietats com ànode o càtode, ja que el sistema es manté en un estat pseudo-estacionari.

Elèctrodes selectius d’ions [изменение]

Els elèctrodes selectius d’ions mesuren activitats iòniques, la contració termodinàmicament efectiva de l’ió lliure. Com que normalment volem conèixer conversions, no activitats, s’usen sovint sals per portar tots els patrons i mostres a una força iònica alta constant perquè el Potential de l’elèctrode estigui relacionat direct amb la concentració.Lesmbranes sensores són de tres tipus, d’acord amb el material que estan constituïdes: vidre, estat sòlid i matriu sòlida (intercanvi iònic líquid).

1. Elèctrodes dembrana de vidre : pertanyen als elèctrodes de vidre que estan en la category de lloc fix dels elèctrodes dembrana d’intercanvi iònic. Això vol dir que els llocs actius en la superfície o en la capa hidratada del vidre, no estan lliures per desplaçar-se durant el temps en què es realitza el mesurament.El Potential de l’elèctrode resulta d’una combinació de Factors d’intercanvi catiònic i mobilitat catiònica que hydraeixen a una acumulació de càrrega en la interfase vidre-disolució. La relació de selectivitat observada d’aquests elèctrodes — el producte de la constant d’equilibri d’intercanvi iònic entre els llocs i la disolució, i la relació de mobilitat dels ion que s’intercanvia a la capa hidratada del vidre. Per tant, les propietats de selectivitat d’unelectrodoterminat poden optimitzar-se ajustant aquests paràmetres mitjançant l’alteració de la composició del vidre.

Tres subtipus de electrodes de vidrie:

  • Tipus pH
  • Tipus sensible катионы
  • Sensible и sodi

Com a regla general, la selectivitat catiònica (sobre l’ió hidrogen) s’aconsegueix afegint elements que tenen nombres decoordinació més elevats que els seus graus d’oxidació. Els que contenen menys d’1% de Al 2 O 3 , проникает в электроды, обеспечивающие высокий уровень pH, и это позволяет им реагировать на металлы.В целом, другие виды соединений 27% Na 2 O, 5% Al 2 O 3 , 68% SiO 2 наиболее подвержены влиянию катионов. Els vidres amb una composició d’11% Na 2 O, 18% Al 2 O 3 , 71% SiO 2 són altament selectius al sodi en relació amb altres ion Metals alcalins.

2. Elèctrodes d’estat sòlid : Датчики состояния не заменяют витрины мембраны видовой информации на мембрану проводящей диагностики.El cos de l’elèctrode està compost per una formulació epòxida químicament resistent. Unida al cos de l’elèctrode es troba lambrana sensora, que es component dun material únic, pur, no porós, amb superfície homogènia en forma de mirall de baixa microporositat, que manté en un mínim la retenció de la mostra. Электроды по достоверным характеристикам представляют собой флуоресцентные электроды:

Ag / AgCl (s), Cl (0,1 M), F (0,1 M) / LaF 3 (s) / mostra / / elèctrode de referència

Un grup d’elèctrodes selectius d’ions d’estat sòlid es basa en una migrana policristal de Ag 2 S.Aquest elèctrode отвечает Ag + i S 2-. Силиконовая мембрана из серы с платой для очистки диспергаторов, содержащих другую серу, металлическую, как CuS, CdS или PbS, полученную с помощью селективной селективной металлической корки. Els elèctrodes selectius d’anions clorur, bromur, iodur i tiocianat són constituites per cristalls mixtos de AgX-Ag 2 S, соответственно.

3. Elèctrodes de matriu sòlida o líquida : Сенсорная мембрана тела usa un intercanviador d’ions перманентная анклав en un material de plàstic, fixat al cos de l’elèctrode.Lambrana separa la disolució interna d’ompliment i de referència respecte de la disolució externa de la mostra. Els elèctrodes selectius d’ions calci usen una sal de calci de l’àcid bis (2-etilhexil) -fosfòric. La disolució interna aquosa d’ompliment consisteix en una contració fixa de ion calci i ion clorur. Для лечения нитратов (или фтороборатов) используется группа соединений никеля (II) -1,10-фенантролина. Обыскивает электрические мембраны líquida, реагирует на ионы Ca 2+ , ClO 4 2- , NO 3 i BF 4 .

Датчики газа Elèctrodes [изменение]

Per aïllar l’analit de возможных помех представляет собой большую часть проницаемого газа через мембрану. Una capa amortidora prima serveix per atrapar l’anàlit en forma gasosa i convertir-lo en alguna espècie iònica que pugui detectar-lo Potenciomètricament. Высококачественные датчики газа для измерения количества диоксида углерода, нитрита, амонии и диоксида углерода.

Utilitzacions dels elèctrodes [изменение]

электрокардиография | Определение и использование

Отслеживайте деполяризацию желудочков с помощью комплекса QRS на электрокардиограмме, чтобы наблюдать электрическую проводимость.

Это видео показывает, как быстро электрический импульс передается от синоатриального узла к желудочкам.Зубцы Q, R и S (комплекс QRS), показанные на электрокардиограмме, представляют деполяризацию желудочков.

Encyclopdia Britannica, Inc. См. Все видеоролики к этой статье

Электрокардиография , метод графического отслеживания (электрокардиограмма; ЭКГ или ЭКГ) электрического тока, генерируемого сердечной мышцей во время сердцебиения. Запись записывается электрокардиографом (на самом деле это относительно простой струнный гальванометр), и он предоставляет информацию о состоянии и работе сердца.Голландский физиолог Виллем Эйнтховен разработал первую электрокардиограмму в 1903 году, и в течение многих лет запись называлась ЭКГ в честь немецкой электрокардиограммы . В конце 1960-х годов компьютерная электрокардиография стала использоваться во многих крупных больницах.

электрическая проводимость в сердце

Электрическая проводимость в сердце у здоровых людей контролируется клетками кардиостимулятора в синоатриальном узле. Электрические импульсы передаются от синоатриального узла к атриовентрикулярному узлу и пучку Гиса через ветви пучка и в желудочки.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Виртуальная реальность используется только в игрушках? Использовались ли когда-нибудь роботы в бою? В этой викторине вы узнаете о гаджетах и ​​технологиях — от компьютерных клавиатур до флэш-памяти.

Электрокардиограммы получают путем наложения электродов на различные части тела.Электроды, регистрирующие электрическую активность сердца, размещаются в 10 разных местах: по одному на каждой из четырех конечностей и шесть в разных местах на передней поверхности грудной клетки. После того, как электроды установлены, подается милливольт от источника за пределами тела, чтобы прибор можно было откалибровать. Стандартизация электрокардиограмм позволяет сравнивать их, взятые от человека к человеку и время от времени от одного и того же человека.

электрокардиография

(слева) Электрокардиограмма, показывающая отклонения, отражающие попеременные сокращения предсердий и желудочков сердца во время одного сердечного сокращения.(Справа) предсердия, желудочки и другие компоненты проводящей импульсы системы сердца.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Нормальная электрокардиограмма показывает типичные отклонения вверх и вниз, которые отражают попеременное сокращение предсердий (двух верхних камер) и желудочков (двух нижних камер) сердца. Первое отклонение вверх, P, вызвано сокращением предсердий и известно как предсердный комплекс. Остальные отклонения — Q, R, S и T — все вызваны действием желудочков и известны как желудочковые комплексы.Любое отклонение от нормы на той или иной электрокардиограмме свидетельствует о возможном заболевании сердца.

Электрокардиограмма наиболее полезна при диагностике сердечных аритмий, острых и перенесенных инфарктов миокарда (сердечных приступов), заболеваний перикарда и увеличения сердца (предсердий и желудочков). Наличие гипертонии (высокого кровяного давления), заболеваний щитовидной железы и некоторых видов недоедания также может быть выявлено с помощью электрокардиограммы. Кроме того, электрокардиография может использоваться для определения того, является ли медленное сердцебиение физиологическим или вызвано блокадой сердца.

отделение интенсивной терапии

Монитор, отображающий информацию о функции сердца для нескольких пациентов в отделении интенсивной терапии.

© iStockphoto / Thinkstock Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Электрокардиограмма с нагрузкой или стресс-тест ЭКГ используется для оценки способности коронарных артерий доставлять кислород, в то время как сердце испытывает нагрузку, обусловленную стандартизированным протоколом физических упражнений.Если кровоснабжение сердца нарушается во время физических упражнений, недостаточная оксигенация сердечной мышцы регистрируется по типичным изменениям электрокардиограммы, которые указывают на ишемическую болезнь сердца (сужение коронарных артерий).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.