微电极放大器的制作方法

本发明属于生物仪器技术领域，尤其涉及微电极放大器。

背景技术

随着生命科学技术的发展，人们对脑细胞、心肌细胞等各类细胞组织的研究日益广泛，这就需要能插入生物细胞内的微电极对细胞内的信号进行采样。

微电极是指尖端很细的电极探针。它可以用于胞内测量，也可以用于胞外测量。对于细胞内测量，通常采用玻璃微电极，内部灌注盐溶液（如饱和的kcl或nacl），与电极夹持器的金属接触点之间构成盐桥，从而构成电路的一部分。玻璃微电极尖端用特制仪器拉制得非常细（直径一般不超过1µm），这样细的针尖刺入植物细胞膜后，质膜很快就能够在针尖刺入处愈合，从而避免细胞膜受到破坏，且容易获得一个比较稳定的膜电势差。

最简单的玻璃微电极可用来测量细胞膜内外的电势差。这时需要两个电极，一个是测量电极（该测量电极的电阻简称“极阻”），尖端细小，插入细胞内，另一个是参比电极，尖端稍大，安放在细胞外。两电极间的电势差由静电计测量，经放大器放大后由记录仪记录。

由于其功能上的复杂性，因此此类的品的系统结构复杂，操作复杂，且性能不稳定，生产工艺繁多且对电子器件的要求高价格高，存在较大由于电子器件的误及温漂引入的测量误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种微电极放大器。

微电极放大器，包括微电极输入电路、采样电阻、信号跟随器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、第四信号调理电路、加法器、第一数模转换单元、第二数模转换单元、第三数模转换单元、模数转换单元、处理器、单刀开关、接口单元；所述接口单元包括用于回零信号输出的回零输出接口、用于补偿后的信号输出的输出接口、用于极阻值输出的数字接口。

所述采样电阻第一端接单刀双掷开关静触点；所述采样电阻第二端、微电极输入电路输出端与信号跟随电路输入端相连；所述信号跟随电路输出端与单刀开关第一动触点、加法器第一输入端相连。

所述加法器输出端接微电极放大器回零输出接口、第二信号调理电路输入端；第二信号调理电路输出端通过模数转换单元与处理器相连，用于回零输出信号的量化采集。

所述处理器第一输出端通过第一数模转换单元与第一信号调理电路输入端；第一信号调理电路输出端与加法器第二输入端相连。

所述处理器第二输出端通过第二模数转换单元与第三信号处理电路输入端相连，第三信号调理电路输出端与单刀开关第二动触点相连，用于与预设激励信号叠加。

所述处理器第三输出端通过第三数模转换单元与第四信号调理电路输入端相连；第四信号调理电路输出端接输出接口单元。

进一步的，所述第一信号调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容、第二电容、第一电源；所述第一电阻第一端与第一数模转换电路输出端相连；第一电阻第二端接第一运算放大器同向输入端、第一电容第一端；所述第一电容第二端接地；所述第二电阻第一端接第一数模转换电路参考电压输出端，所述第二电阻第二端接第一运算放大器反向输入端、第三电阻第一端、第二电容第一端；所述第三电阻第二端、第二电容第二端接第一运算放大器输出端、信号调理电路输出端。

进一步的，所述第二信号调理电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容、第二运算放大器；第二信号调理电路参考电压输入端通过第四电阻分别与第二运算放大器同向输入端、第八电阻第一端、第三电容第一端相连；所述第八电阻第二端、第三电容第二端接地；所述加法器输出端通过第六电阻接第二运算放大器反向输入端、第七电阻第一端；所述第七电阻第二端接第二运算放大器输出端、模数转换单元输入端。

进一步的，所述第三信号调理电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三运算放大器、第四电容、第五电容；所述第二数模转换电路输出端通过第八电阻接第八电阻接第四电容第一端、第三运算放大器同向输入端；所述第四电容第二端接地；第三信号调理电路参考电压输入端通过第九电阻接第三运算放大器反向输入端、第十电阻第一端、第五电容第一端；所述第十电阻第二端、第五电容第二端接第三运算放大器输出端；所述第三运算放大器输出端接单刀开关第二动触点相连。

进一步的，所述加法器包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六电容、第七电容、第四运算放大器；所述第一信号调理电路输出端通过第十二电阻接第十三电阻第一端、第六电容第一端、第四运算放大器同向输入端；所述第十三电阻第二端、第六电容第二端接地；所述信号跟随电路输出端通过第十四电阻接第四运算放大器反向输入端、第十五电阻第一端、第七电容第一端；所述第四运算放大器输出端接第十五电阻第二端、第七电容第二端、加法器输出端。

本发明的有益效果在于：不仅应用于细胞研究，同时也应用于环境检测；体积小；成本低；性能稳定不受限于电子器件的精度，能够实现极阻测量、快速回零、负电容补偿。

附图说明

图1是微电极放大器的原理图；

图2是第一信号调理电路；

图3是第二信号调理电路；

图4是第三信号调理电路；

图5是加法器电路。

具体实施方式

为使发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图1中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供微电极放大器，如图1所示，所述系统包括微电极输入电路、采样电阻、信号跟随器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、第四信号调理电路、加法器、第一数模转换单元、第二数模转换单元、第三数模转换单元、模数转换单元、mcu、单刀开关、接口单元；所述接口单元包括用于回零信号输出的回零输出接口、用于补偿后的信号输出的输出接口、用于极阻值输出的数字接口。

采样电阻第一端接单刀双掷开关静触点；所述采样电阻第二端、微电极输入电路输出端与信号跟随电路输入端相连；所述信号跟随电路输出端与单刀开关第一动触点、加法器第一输入端相连。

加法器输出端接微电极放大器回零输出接口、第二信号调理电路输入端；第二信号调理电路输出端通过模数转换单元与mcu相连，用于回零输出信号的量化采集。

mcu第一输出端通过第一数模转换单元与第一信号调理电路输入端；第一信号调理电路输出端与加法器第二输入端相连。

mcu第二输出端通过第二模数转换单元与第三信号处理电路输入端相连，第三信号调理电路输出端与单刀开关第二动触点相连，用于与预设激励信号叠加。

mcu第三输出端通过第三数模转换单元与第四信号调理电路输入端相连；第四信号调理电路输出端接输出接口单元。

如图2所示，第一信号调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容、第二电容、第一电源；所述第一电阻第一端与第一数模转换电路输出端相连；第一电阻第二端接第一运算放大器同向输入端、第一电容第一端；所述第一电容第二端接地；所述第二电阻第一端接第一数模转换电路参考电压输出端，所述第二电阻第二端接第一运算放大器反向输入端、第三电阻第一端、第二电容第一端；所述第三电阻第二端、第二电容第二端接第一运算放大器输出端、信号调理电路输出端。

如图3所示，第二信号调理电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容、第二运算放大器；第二信号调理电路参考电压输入端通过第四电阻分别与第二运算放大器同向输入端、第八电阻第一端、第三电容第一端相连；所述第八电阻第二端、第三电容第二端接地；所述加法器输出端通过第六电阻接第二运算放大器反向输入端、第七电阻第一端；所述第七电阻第二端接第二运算放大器输出端、模数转换单元输入端。

如图4所示，第三信号调理电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三运算放大器、第四电容、第五电容；所述第二数模转换电路输出端通过第八电阻接第八电阻接第四电容第一端、第三运算放大器同向输入端；所述第四电容第二端接地；第三信号调理电路参考电压输入端通过第九电阻接第三运算放大器反向输入端、第十电阻第一端、第五电容第一端；所述第十电阻第二端、第五电容第二端接第三运算放大器输出端；所述第三运算放大器输出端接单刀开关第二动触点相连。

第四信号调理电路采用与第一信号调理电路相同电路。

如图5所示，加法器包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六电容、第七电容、第四运算放大器；所述第一信号调理电路输出端通过第十二电阻接第十三电阻第一端、第六电容第一端、第四运算放大器同向输入端；所述第十三电阻第二端、第六电容第二端接地；所述信号跟随电路输出端通过第十四电阻接第四运算放大器反向输入端、第十五电阻第一端、第七电容第一端；所述第四运算放大器输出端接第十五电阻第二端、第七电容第二端、加法器输出端。

通过据接接口控制开关控制使单刀双置开关置于a端，经过信号跟随器进行阻抗变换输出信号v2；v2与v4通过加法器合成后生成v3回零信号。此信号经过第二信号调理电路送与模数转换器进行量化采集，根据量采集的结果经过mcu的快速回零算法调整第一数模转换器输出值，最终达到v3电平的平均值接近于0v电平，实现快速回零调节。

通过据接接口控制开关控制使单刀双置开关置于a端，经过信号跟随器进行阻抗变换输出信号v2；v2与v4通过加法器合成后生成v3回零信号。此信号经过第二信号调理电路送予模数转换器进行量化采集，根据量采集的结果经过mcu的快速回零算法调整第一数模转换电路输出值，最终达到v3电平的平均值接近于0v电平，通过极阻测量算法实现极阻计算，并通过数据接口发送至外部设备。

通过据接接口控制开关控制使单刀双置开关置于a端，此时为正常的采集模式，当需要进行信号采集时都需要保持在此状态。经过第二信号调理电路后，信号变为模数转换器可以正常采集的信号，在mcu采集器中将得到的信号经过负电容补偿算法即可通过第三数模转换电路、第三信号调理电路、输出接口将负电容补偿后的最终信号输出，实现负电容补偿。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。