Форум

Здравствуйте!

Вы не могли бы подсказать, правильно ли я придумал схему для создания и измерения наноамперных токов?

Мне понадобилось собрать стимулятор для нейрофизиологических нужд.
Идея в том, что в отдельный нейрон вводится пучок из шести стеклянных микроэлектродов (капилляров с раствором электролита). Очень-очень тонких, потому что нейроны маленькие.
Один из электродов присоединён к усилителю и АЦП - с него и снимается сигнал. Этот электрод меня сейчас не интересует, главное, наводки на него не навести.

В четырёх других (форетических) электродах - растворы солей. К этим электродам прикладывается ЭДС, создающая электрофоретический ток, то есть, поток ионов, дозировано вводящихся в нейрон этим током. Иногда мне ничего в нейрон вводить не нужно. Тогда я прикладываю ЭДС противоположной полярности, чтобы электрофоретический ток противостоял диффузии.

И есть ещё последний, шестой, электрод, форетический компенсирующий. Он нужен для компенсирующего тока. Скажем, если через стимулирующие электроды вводится триллион положительных ионов в секунду, то компенсирующий электрод должен те же триллион положительных ионов выводить, чтобы не изменить заряд нейрона. Потому что нейроны очень активно реагируют на изменение заряда.

Соответственно, мне нужна возможность измерять и изменять токи всех пяти форетических электродов.
Вот примерная схема установки (для простоты, изображён всего один форетический канал)

I - форетический электрод
II - компенсирующий электрод
IV-V - система усиления и записи сигналов, подаваемых нейроном

Звучит просто, но беда в том, что эти токи очень маленькие, порядка 0-100 наноампер. При этом входное сопротивление электродов огромное и не постоянное, а электрическая активность нейрона очень слабая, и, соответственно, её измерение очень чувствительно к помехам.

Создать малые стабильные токи просто, достаточно взять батарейки на 100В и резисторы R15-R16 (с картинки выше) на 1 гигом.
А вот с измерением малых токов проблема. В стимуляторах, которые собирали полвека назад, использовался какой-то древний бакелитовый прибор, регулярно вручную подключавшийся к каждому электроду по очереди. Сейчас, конечно, хочется сделать что-нибудь более удобное. Проблема, как я уже сказал, в том, что ток очень маленький, а потенциал точки, в которой ток измеряется, меняется на двести вольт (то есть, продумывая схему, надо следить за тем, чтобы эти 200В не попали ни на какой вход ОУ).
Я подумал, что для моей задачи подойдут инструментальные усилители - у них огромное входное сопротивление, и ничем, кроме входа, они с измеряемыми цепями не контактируют.

Получилась примерно такая схема:

Сверху - два форетических канала (ещё два не нарисовал, для уменьшения размера схемы) , снизу - компенсирующий.
Точки OUT1, OUT2, OUT-C идут к электродам, точки ADC1, ADC2, ADC-C - на входы стандартного  АЦП (для начала, я думаю, Arduino с дисплейчиком, а там, возможно, на ваш Е154 перейдём). Arduino, дисплей и усилители (V+, V-, "2.5V") питаются от общего БП (наверное, сетевого, если это не будет источником помех), источник тока питается от двух 100В химических батарей.

Проверьте схему, пожалуйста!
1. Правильно ли я понимаю, что вместо гигомного резистора R26 должно быть два гигомных резистора сразу после S1 и S2? По логике должны быть, но на всех моих образцовых схемах именно так, как нарисовал я.
2. Будет ли работать такая схема наноамперметра? Насколько надёжно?
3. Не будет ли моя измерительная схема пробрасывать помехи в линии стимуляции?
4. Если поставить в обвязку ОУ (для первого канала, например, R17, R19, R20) постоянные прецизионные сопротивления, то будет ли коэффициент усиления всех ОУ одинаковым? То есть, можно ли будет считать, что одинаковое напряжение на выходе всех ОУ означает одинаковый ток?