Программно-аппаратный комплекс для исследования биоимпедансных характеристик растительных тканей методом импедансной спектроскопии

Аннотация

Представлены разработка и экспериментальная апробация программно-аппаратного комплекса, предназначенного для исследования электрических свойств растительных тканей методом биоимпедансной спектроскопии. Аппаратная часть системы реализована на базе специализированного преобразователя импеданса AD5933 и дополнена внешними аналоговыми компонентами для повышения стабильности измерительного сигнала. Программная часть комплекса обеспечивает автоматизированное управление процессом измерений, настройку параметров сканирования, калибровку системы, а также обработку и визуализацию полученных данных. Экспериментальные исследования проведены на стеблях сорного растения (осота полевого) в диапазоне частот 10-100 кГц. В результате измерений установлена выраженная частотная зависимость модуля импеданса, проявляющаяся в виде β-дисперсии, обусловленной емкостными свойствами клеточных мембран и их влиянием на распределение электрического тока в ткани. Показано, что с увеличением частоты наблюдается снижение импеданса, связанное с уменьшением реактивного сопротивления мембран и увеличением вклада внутриклеточной проводимости. Дополнительно выполнен анализ годографов Коула-Коула, позволивший выявить отклонение экспериментальных зависимостей от идеализированной полуокружности. Установлено, что данное отклонение обусловлено влиянием электродной поляризации, особенно выраженным при использовании двухэлектродной схемы измерений. Практическая значимость работы заключается в возможности применения предложенного подхода для оперативного контроля физиологического состояния растений в лабораторных и полевых условиях. Полученные результаты демонстрируют потенциал метода биоимпедансной спектроскопии к физиологическому состоянию растительных тканей. Разработанный программно-аппаратный комплекс может быть использован для исследования биоимпедансных характеристик растительных тканей и представляет практический интерес для задач фитомониторинга и прикладных исследований в области агробиофизики.