Blood samples study by electrochemical impedance spectroscopy: determining blood coagulation by measuring phase shift response to alternating current.

Abstract

Введение. Сдвиг фазы переменного тока при приложенном переменном напряжении является одной из важных характеристик, определяющих форму регистрируемой кривой в исследованиях электрохимической импедансной спектроскопии (англ. electrochemical impedance spectroscopy, EIS). Однако его применение как самодостаточного параметра крови пока ограничено в отличие от графиков Найквиста (Nyquist) и Боде (Bode), широко применяемых в обычном анализе EIS. Цель исследования: применение EIS в узком диапазоне частот и измерения фазового сдвига переменного тока для точного определения времени свертывания крови — важного параметра в диагностике и мониторинге многих заболеваний. Материалы и методы. Предложен и апробирован новый подход — измерение фазового сдвига переменного тока как самодостаточного характеризующего параметра крови. Сдвиг фаз переменного тока в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц применялся для быстрого и точного определения времени свертывания цельной крови. Результаты. Разработан виртуальный измерительный прибор на основе платформы LabVIEW, дающий результаты, относительное стандартное отклонение которых не превышает 1,9% в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц. Заключение. Предложен и апробирован простой, быстрый, точный и лишенный субъективных ошибок метод определения времени свертывания крови, основанный на измерении фазового сдвига переменного тока определенной частоты. Introduction. Phase shift of alternating current (AC) determined from the applied AC potential is one of the important parameters that determines the shape of the registered curve in the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) studies. Nevertheless, the Nyquist and Bode diagrams are widely applied in the conventional EIS analysis while the phase shift is unheeded as а self-sufficient parameter for characterizing sample properties. Objective: to study EIS application in a narrow frequency range and measurement of AC phase shift to accurately determine blood clotting time — an important parameter in the diagnosis and monitoring of multiple diseases. Materials and Methods. We proposed and investigated a new approach of AC phase shift measurement as a self-sufficient parameter for characterizing blood properties. AC phase shift in the frequency range from 100 Hz to 1 kHz was used to rapidly and precisely determine blood coagulation time. Results. We designed and applied a LabVIEW-based virtual instrument. Results with relative standard deviation not exceeding 1.9% were obtained in the frequency range from 100 Hz up to 1 kHz. Conclusion. We proposed and investigated a simple, fast, accurate and unbiased method for determining blood clotting time based on measuring the AC phase shift at a specific frequency.