E = -61 log([K⁺]outside/[K⁺]inside) mV

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு மாறிகள் விளக்கப்பட்டது

1. வெப்பநிலை (T)

• கெல்வினில் (K) அளவிடப்படுகிறது, அங்கு K = °C + 273.15
• உடல் வெப்பநிலை: 310.15K (37°C)
• அறை வெப்பநிலை: 298.15K (25°C)

2. அயன் சார்ஜ் (z) - அயனின் மதிப்பு:

• +1: சோடியம் (Na⁺), பொட்டாசியம் (K⁺)
• +2: கால்சியம் (Ca²⁺), மக்னீசியம் (Mg²⁺)
• -1: கிளோரைடு (Cl⁻)
• -2: சல்பேட் (SO₄²⁻)

3. அயன் மையங்கள் - வழக்கமான உயிரியல் மதிப்புகள் (mM):

4. உடல் நிலைகள்:

• வாயு நிலை (R): 8.314 J/(mol·K)
• ஃபரடே நிலை (F): 96,485 C/mol

மெம்பிரேன் பொத்தான் கணக்கிடுவது: படி-by-படி வழிகாட்டி

எங்கள் நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு கணக்கீட்டாளர் சிக்கலான எலக்ட்ரோக்கெமிக்கல் கணக்கீடுகளை ஒரு உள்ளுணர்வு இடைமுகமாக எளிதாக்குகிறது. செலின் மெம்பிரேன் பொத்தானை கணக்கிட இந்த படிகளை பின்பற்றவும்:

1. வெப்பநிலையை உள்ளிடவும்: கெல்வினில் (K) வெப்பநிலையை உள்ளிடவும். இயல்பாக உடல் வெப்பநிலை (310.15K அல்லது 37°C) அமைக்கப்பட்டுள்ளது.

2. அயன் சார்ஜை குறிப்பிடவும்: நீங்கள் பகுப்பாய்வு செய்யும் அயனின் மதிப்பை (சார்ஜ்) உள்ளிடவும். எடுத்துக்காட்டாக, பொட்டாசியம் (K⁺) க்காக "1" அல்லது கிளோரைடு (Cl⁻) க்காக "-1" உள்ளிடவும்.

3. அயன் மையங்களை உள்ளிடவும்: அயனின் மையத்தை உள்ளிடவும்:

   • செலின் வெளியே (எக்ஸ்ட்ராசெல்யூலர் மையம்) mM இல்
   • செலின் உள்ளே (இன்ட்ராசெல்யூலர் மையம்) mM இல்

4. முடிவைப் பாருங்கள்: கணக்கீட்டாளர் தானாகவே மில்லிவோல்ட்களில் (mV) மெம்பிரேன் பொத்தானை கணக்கிடுகிறது.

5. பகிரவும் அல்லது பகுப்பாய்வு செய்யவும்: உங்கள் பதிவுகளுக்காக அல்லது மேலதிக பகுப்பாய்விற்காக முடிவைப் பெற "பகிர்" பொத்தானைப் பயன்படுத்தவும்.

எடுத்துக்காட்டு கணக்கீடு

உடல் வெப்பநிலையில் பொட்டாசியம் (K⁺) க்கான நெர்ன்ஸ்ட் பொத்தானை கணக்கிடுவோம்:

• வெப்பநிலை: 310.15K (37°C)
• அயன் சார்ஜ்: +1
• எக்ஸ்ட்ராசெல்யூலர் மையம்: 5 mM
• இன்ட்ராசெல்யூலர் மையம்: 140 mM

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி: $E = -\frac{8.314 \times 310.15}{1 \times 96485} \ln\left(\frac{5}{140}\right) \times 1000$

$E = -\frac{2580.59}{96485} \times \ln(0.0357) \times 1000$

$E = -0.02675 \times (-3.33) \times 1000$

$E = 89.08 \text{ mV}$

இந்த நேர்மறை பொத்தான் பொட்டாசியம் அயன்கள் செலின் வெளியே செல்ல விரும்புகின்றன என்பதை குறிக்கிறது, இது பொட்டாசியத்தின் வழக்கமான எலக்ட்ரோக்கெமிக்கல் மாறுபாட்டுடன் ஒத்துப்போகிறது.

உங்கள் நெர்ன்ஸ்ட் பொத்தான் முடிவுகளைப் புரிந்துகொள்வது

கணக்கிடப்பட்ட மெம்பிரேன் பொத்தான் செலின் மெம்பிரேன்களில் அயன் இயக்கத்திற்கு முக்கியமான தகவல்களை வழங்குகிறது:

• நேர்மறை பொத்தான்: அயன் செலின் வெளியே செல்ல விரும்புகிறது (எஃப்ளக்ஸ்)
• எதிர்மறை பொத்தான்: அயன் செலின் உள்ளே செல்ல விரும்புகிறது (இன்ஃப்ளக்ஸ்)
• பூஜ்ய பொத்தான்: எந்த நிகர அயன் போக்குவரத்தும் இல்லை

பொத்தானின் அளவு எலக்ட்ரோக்கெமிக்கல் இயக்கக் குவியலின் வலிமையை பிரதிபலிக்கிறது. பெரிய முழு மதிப்புகள் மெம்பிரேனில் அயன் இயக்கத்திற்கு வலிமையான வலிமைகளை குறிக்கின்றன.

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின் அறிவியல் மற்றும் மருத்துவத்தில் பயன்பாடுகள்

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு உயிரியல், வேதியியல் மற்றும் உயிரியல் பொறியியலில் பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளை கொண்டுள்ளது:

செல்களின் உயிரியல் மற்றும் மருத்துவம்

1. நரம்பியல் ஆராய்ச்சி: நரம்புகளில் இருப்புப் பொத்தான் மற்றும் செயல்பாட்டு பொத்தான் மாறுபாடுகளை கணக்கிடுங்கள், மூளை செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்ள

2. இதய உயிரியல்: சாதாரண இதய ரிதம் மற்றும் ஆரித்மியா ஆராய்ச்சிக்கான இதய செல்களின் மின்சார பண்புகளை தீர்மானிக்கவும்

3. மசால் உயிரியல்: எலும்பு மற்றும் மென்மையான மசால்களில் மசால் சுருக்கம் மற்றும் சிதைவைக் கட்டுப்படுத்தும் அயன் மாறுபாடுகளை பகுப்பாய்வு செய்யவும்

4. மூளை செயல்பாடு ஆய்வுகள்: மின்சார சமநிலையைப் பராமரிக்க மற்றும் சிறுநீரக நோய் ஆராய்ச்சிக்கான சிறுநீரக குழாய்களில் அயன் போக்குவரத்தை ஆராயவும்

எலக்ட்ரோக்கெமிஸ்ட்ரி

1. பேட்டரி வடிவமைப்பு: எரிசக்தி சேமிப்பு பயன்பாடுகளுக்கான எலக்ட்ரோக்கெமிக்கல் செல்களை மேம்படுத்துதல்.

2. கொல்லல் பகுப்பாய்வு: பல்வேறு சூழ்நிலைகளில் உலோகக் கொல்லலை முன்னறிவிப்பதும் தடுப்பதும்.

3. எலக்ட்ரோபிளேட்டிங்: தொழில்துறையில் உலோகங்களைப் பதிக்கக் கட்டுப்படுத்துதல்.

4. எரிபொருள் செல்கள்: திறமையான எரிசக்தி மாற்ற சாதனங்களை வடிவமைத்தல்.

உயிரியல் தொழில்நுட்பம்

1. பயோசென்சார்கள்: பகுப்பாய்வு பயன்பாடுகளுக்கான அயன்-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மின்னெழுத்துக்களை உருவாக்குதல்.

2. மருந்து விநியோகம்: சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மருந்து மூலக்கூறுகளின் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டுக்கான அமைப்புகளை வடிவமைத்தல்.

3. எலக்ட்ரோபிசியோலஜி: செல்கள் மற்றும் திசுக்களில் மின்சார சிக்னல்களை பதிவு மற்றும் பகுப்பாய்வு செய்தல்.

சுற்றுச்சூழல் அறிவியல்

1. நீர் தரம் கண்காணிப்பு: இயற்கை நீர்களில் அயன் மையங்களை அளவிடுதல்.

2. மண் பகுப்பாய்வு: விவசாய பயன்பாடுகளுக்கான மண்ணின் அயன் பரிமாற்ற பண்புகளை மதிப்பீடு செய்தல்.

மாற்று அணுகுமுறைகள்

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு சமநிலையிலுள்ள ஒரே அயன் அமைப்புகளுக்காக சக்திவாய்ந்தது, ஆனால் மேலும் சிக்கலான சூழ்நிலைகள் மாற்று அணுகுமுறைகளை தேவைப்படுத்தலாம்:

1. கோல்ட்மேன்-ஹோட்கின்-காட்ஸ் சமன்பாடு: மெம்பிரேனில் பல அயன் வகைகளைப் கணக்கீடு செய்கிறது, இது செல்களின் resting membrane potential ஐ கணக்கிடுவதற்கான பயனுள்ளதாகும்.

2. டொன்னன் சமநிலை: பெரிய, சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறுகள் (புரதங்கள் போன்றவை) மெம்பிரேனைக் கடக்க முடியாத போது அயன் விநியோகத்தை விவரிக்கிறது.

3. கணினி மாதிரிகள்: சமநிலையற்ற சூழ்நிலைகளுக்கு, NEURON அல்லது COMSOL போன்ற மென்பொருளைப் பயன்படுத்தி இயக்கவியல் சிமுலேஷன்கள் அதிகமாக பொருத்தமாக இருக்கலாம்.

4. நேரடி அளவீடு: உயிருள்ள செல்களில் மெம்பிரேன் பொத்தான்களை நேரடியாக அளவிடுவதற்கான patch-clamp எலக்ட்ரோபிசியோலஜி போன்ற தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துதல்.

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின் வரலாறு

நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு ஜெர்மன் வேதியியலாளர் வால்தர் ஹெர்மன் நெர்ன்ஸ்ட் (1864-1941) 1889 இல் எலக்ட்ரோக்கெமிக்கல் செல்களைப் படிக்கும் போது உருவாக்கப்பட்டது. இந்த மெய்யான வேலை, வெப்பவியல் மற்றும் எலக்ட்ரோக்கெமிஸ்ட்ரியில் அவரது பரந்த அளவிலான பங்களிப்புகளின் ஒரு பகுதியாகும்.

முக்கிய வரலாற்று வளர்ச்சிகள்:

1. 1889: நெர்ன்ஸ்ட்