专利名称：体外阵列光刺激系统的制作方法
体外阵列光刺激系统
技术领域：
本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种体外阵列光刺激系统。
背景技术：
“光基因技术体系”技术(Optogenetic Technology)是最近三年在美国和德国首先开展起来的，整合了基因工程学、电生理学、光学和电子工程技术的一种全新的生物技术。该技术基于基因治疗的方法，利用病毒载体将一种从绿藻Chlamydomonas reinhardtii克隆出来的可以编码光敏感型阳离子通道蛋白的基因(ChR2)导入某一特定的细胞亚群中表达，此通道蛋白受到蓝光(472nm)刺激时，会使Na+离子进入细胞内引起胞膜去极化而兴奋细胞。此外，另有一种从绿藻提取出来的光调控的氯离子泵蛋白基因NpHR，其对黄光(593nm波长)敏感，将其克隆到某一细胞中表达后，在黄光刺激下该氯离子通道蛋白会使Cl—进入细胞而使胞膜复极化，从而使细胞回复静息，这样利用交替的蓝光或黄光就可以在特定细胞亚群水平上控制细胞活性。这项技术具有空间上的细胞特异性和时间上毫秒水平上的精确性，因此无论在科学研究，还是临床药物研发方面都具有很大的应用潜力。目前，没有现成可用的装 置进行光照刺激实验研究，这大大限制了“光基因技术体系”在体外细胞功能研究上的应用。目前市场上有大功率的LED可用于光照刺研究，但存在如下问题:单个的LED光照强度不够，或者用较低发热的LED很难达到要求，大功率的LED发热量很大，很难散热，光强难以平均照射等问题。
发明内容基于此，有必要提供一种能实现光强平均照射的体外阵列光刺激系统。一种体外阵列光刺激系统，用于为光敏感细胞实验研究的培养皿提供光刺激，其特征在于，包括控制系统、与所述控制系统电连接的驱动电路及设于印刷电路板上的与所述驱动电路电连接的LED阵，所述控制系统发送控制电信号到所述驱动电路驱动所述LED阵分组、定时工作；所述LED阵与所述培养皿相对，所述LED阵包括至少两个有若干个LED灯的LED灯组，所述LED灯均匀分布。优选地，还包括与驱动电路电连接的散热装置，所述散热装置固定于所述印刷电路板与设有所述LED阵列相对的另一侧面上。优选地，所述散热装置包括成矩阵排布的散热片和位于所述散热片的一侧的风扇，所述散热片成矩阵间隔排布。优选地，所述LED灯组包括第一 LED灯组和第二 LED灯组；所述第二 LED灯组包围所述第一 LED灯组。优选地，所述第一 LED灯组中的LED灯呈正三角形分布，所述第二 LED灯组中的LED灯呈正六角形分布；所述正六角形与所述正三角形中心重合。优选地，所述第一 LED灯组包括设于正三角形三个顶点的三颗LED灯，所述第二LED灯组包括设于正六边形六个顶点的六颗LED灯。
优选地，所述LED阵包括发射不同波长光的LED灯，所述波长包括470纳米、590纳米；发射的光波长相同的所述LED灯串联。优选地,所述控制系统包括感应单元、下位机单元、上位机单元、显示单元及供电单元，其中:所述感应单元与所述下位机单元通讯，用于检测所述培养皿的参数信息，并将所述参数信息发送到所述下位机单元；所述下位机单元与所述上位机单元、感应单元及显示单元通讯，根据所述参数信息发送控制电信号到所述驱动电路以驱动所述LED阵工作；所述下位机单元还发送所述参数信息到所述上位机单元和显示单元；所述上位机单元接收并显示所述参数信息以及改变所述下位机单元的控制参数；所述供电单元与所述下位机单元电连接并为所述下位机单元供电；所述显示单元接收并显示所述参数信息。优选地，所述上位机单元和下位机单元均包括无线模块，所述上位机单元和下位机单元通过所述无线模块通讯。优选地，所述参数信息包括光强信息、温度信息、PH值信息及光照时长信息。上述体外阵列光刺激系统通过控制系统发送控制电信号到驱动电路驱动由平均分布LED灯组成的LED阵分组、定时工作，平均分布的LED灯阵列实现光强平均照射。
图1为一实施例中的体外阵列光刺激系统的结构示意图；图2为一实施例中的LED阵列的结构示意图；图3为一实施例中的LED阵的结构示意图；图4为一实施例中的散热装置示意图。
具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，一种体外阵列光刺激系统，用于为光敏感细胞实验研究的培养皿提供光刺激。体外阵列光刺激系统包括控制系统200、驱动电路300、LED阵400、印刷电路板500 (如图4所示)、散热装置600及支撑脚700 (如图4所示)。控制系统200与驱动电路300电连接，驱动电路300与LED阵400及散热装置600电连接，控制系统200发送控制电信号到驱动电路300驱动所述LED阵400分组、定时工作，同时发送控制电信号到驱动电路300驱动散热装置600工作。如图2所示，LED阵列包括个均匀排列的三个LED阵400。在其他实施例中，根据现在情况的需要，LED阵列可以设置多个LED阵400。LED阵400包括发射不同波长光的LED灯，LED灯发射光包括470纳米波长的蓝光、590纳米波长的黄光。发射的光波长相同的LED灯串联为一组。在本实施例中，每三个发射相同波长的LED灯串联为一组。LED阵400设置发射不同波长的LED灯可以满足光敏感细胞实验研究的不同光波长需求。在控制系统200 的控制下，发射的光波长相同的LED灯串联为一组，能实现分组、定时控制，LED阵400的多个LED灯通过光斑叠加可以达到要求的光强。在其他实施例中，根据不同的光敏感细胞实验研究对光刺激的不同光波长需求，体外阵列光刺激系统可以设置发射不同光波长的LED等，并不限定在波长470纳米、590纳米的两种。此外，根据不同的光敏感细胞实验研究，发射的光波长相同的LED灯可以并联，也可以为发射的光波长不相同的LED灯串联。如图3所示，LED阵400包括至少两个有若干个LED灯的LED灯组420，所述LED灯均匀分布。LED灯均匀分布能为光敏感细胞实验研究提供光强平均照射。在一实施例中，LED灯组420包括第一 LED灯组422和第二 LED灯组424，第二 LED灯组424包围第一 LED灯组422。在满足能提供光强平均照射的情况下，并不限定LED阵400设有的LED灯组420为两组，在其他实施例中，可以为一组，可以为三组，可以为四组甚至更多的LED灯组420。此处的LED灯组420的排列分组方式并不与上述相同的LED灯串联为一组相矛盾，上述的LED灯分组是按电连接方式分组，而LED灯组420的分组方式是排列形状上的分组，也就是说，在不相同的LED灯组420中发射的光波长相同的LED灯可以通过电连接串联一起。在一实施例中，第一 LED灯组422中的LED灯呈正三角形分布，第二 LED灯组424中的LED灯呈正六角形分布，正六角形与所述正三角形中心重合。第一 LED灯组422包括设于正三角形三个顶点的三颗LED灯，第二 LED灯组424包括设于正六边形六个顶点的六颗LED灯。参照图2，LED阵400由九颗LED灯组成，外围六颗LED灯的中心连线围成一正六边形，此外围六颗LED灯分别 落在正六边形的六个顶点上；在里面的三颗LDE灯的中心连线围成一正三角形，此里面的三颗LED灯分别落在正三角形的三个顶点上。在其他实施例中，在满足能提供光强平均照射的情况下，LED灯组420中的LED灯可以呈其他形状分布，其形状可以为矩形、圆形、菱形等形状。如图4所示，印刷电路板500 —侧设有由若干个LED阵400组成的LED阵列，与LED阵400组成的设有LED阵列相对的另一侧面上设有散热装置600。在使用体外阵列光刺激系统为光敏感细胞实验研究提供光刺激时，LED阵400组成的LED阵列相对散热装置600设于印刷电路板500下方与培养皿相向。在优选实施例中，印刷电路板500由铝基材质制成，能使体外阵列光刺激系统稳牢地设置于印刷电路板500上，同时铝基材质有利于LED阵400组成的LED阵列工作时产生的热能传导到散热装置600，使热量得到高效驱散，保持体外阵列光刺激系统散热性能良好，满足研究工作的需求。散热装置600包括散热片620和风扇640。在一实施例中，在铝基印刷电路板上，与设有散热装置600的一面相对的另一面LED阵列数及位置相对应，散热片620和风扇640均为三个，与三个风扇640相对设置在三个散热片620的一侧。在其他实施例中，根据光敏感细胞实验研究的需求或与LED阵列数及位置对应，设置出所需的散热片620和风扇640个数。在优选实施例中，散热片620成矩阵排布，矩阵排布的行列均留有缝隙，留有缝隙相对较宽定义为列，留有缝隙相对较窄定义为行。散热片620成矩阵排布能使散热片620增加与流通空气的接触面积，热量散发得更快。在优选实施例中，风扇640位于散热片620的一侧的，散热片620成矩阵排布的列与风扇640相对。风扇640可以同时吹到铝基印刷电路板500的上下两面，加强了散热的效果，同时风扇640还可以吹到控制系统200中的下位机单元220、及驱动电路300组成的电路层(图未示)，为电路层散热。由于散热片620的列的排布留有的缝隙相对行较宽，有利于空气的流通，有利于风扇640对散热片620上的热量吹散。在优选实施例中，支撑脚700固定在印刷电路板500用于支撑印刷电路板500及其上装置能架设在培养皿的上方。在进行体外阵列光刺激系统为光敏感细胞实验时，能使体外阵列光刺激系统上的LED阵400以很好的角度照射到培养皿上。如图1所示，控制系统200包括感应单元210、下位机单元220、上位机单元230、显示单元240及供电单元250。感应单元210与下位机单元220通讯，用于检测培养皿的参数信息，并将参数信息发送到所述下位机单元220。感应单元210包括光敏传感器、温敏传感器、PH值传感器，因此检测到培养皿的参数信息包括光强信息、温度信息、PH值信息及光照时长信息。下位机单元220位于散热装置600的上方，设置在电路层中。下位机单元220与感应单元210、上位机单元230及显示单元240通讯。下位机单元220根据参数信息发送控制电信号到驱动电路300以驱动LED阵400工作，发送所述参数信息到上位机单元230和显示单元240。下位机单元220发送控制电信号到驱动电路300驱动LED阵400能实现LED灯的光强、闪烁频率、占空比、分组控制。在本实施例中，下位机单元220包括单片机、无线发射模块及无线接收模块。上位机单元230和下位机单元220均包括无线模块225，上位机单元230和下位机单元220通过无线模块225通讯。上位机单元230接收并显示参数信息,改变下位机单元230的控制参数。在本实施例中，上位机单元230为计算机终端，计算机终端接收下位机单元220上传并显示及记录包括光强、温度、PH值及光照时长等参数信息，由此，可以分析体外阵列光刺激系统的运行状态。在其他实施例中，上位机单元230和下位机单元220的可以使用串口通讯。供电单元240为电池组，与下位机单元220电连接并为下位机单元220供电。可以理解，当上位机单元230和下位机单元220使用串口通讯时，此供电单元240可以除去，下位机单元220所需电源可以由上位机单元230通过串口提供。显示单元250接收并显示包括光强、温度、PH值及光照时长等参数信息。驱动电路300设置于电路层，电路层设于散热装置的上方。在一实施例中，驱动电路300有若干相同的组，包括NUD4001芯片及其外围电路驱动，信号由控制系统200发出。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种体外阵列光刺激系统，用于为光敏感细胞实验研究的培养皿提供光刺激，其特征在于，包括控制系统、与所述控制系统电连接的驱动电路及设于印刷电路板上的与所述驱动电路电连接的LED阵，所述控制系统发送控制电信号到所述驱动电路驱动所述LED阵分组、定时工作；所述LED阵与所述培养皿相对，所述LED阵包括至少两个有若干个LED灯的LED灯组，所述LED灯均匀分布。
2.根据权利要求1所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，还包括与驱动电路电连接的散热装置，所述 散热装置固定于所述印刷电路板与设有所述LED阵列相对的另一侧面上。
3.根据权利要求2所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述散热装置包括成矩阵排布的散热片和位于所述散热片的一侧的风扇，所述散热片成矩阵间隔排布。
4.根据权利要求1所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述LED灯组包括第一LED灯组和第二 LED灯组；所述第二 LED灯组包围所述第一 LED灯组。
5.根据权利要求4所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述第一LED灯组中的LED灯呈正三角形分布，所述第二 LED灯组中的LED灯呈正六角形分布；所述正六角形与所述正三角形中心重合。
6.根据权利要求5所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述第一LED灯组包括设于正三角形三个顶点的三颗LED灯，所述第二 LED灯组包括设于正六边形六个顶点的六颗LED 灯。
7.权利要求1或6所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述LED阵包括发射不同波长光的LED灯，所述波长包括470纳米、590纳米；发射的光波长相同的所述LED灯串联。
8.据权利要求1所述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述控制系统包括感应单元、下位机单元、上位机单元、显示单元及供电单元，其中: 所述感应单元与所述下位机单元通讯，用于检测所述培养皿的参数信息，并将所述参数信息发送到所述下位机单元； 所述下位机单元与所述上位机单元、感应单元及显示单元通讯,根据所述参数信息发送控制电信号到所述驱动电路以驱动所述LED阵工作；所述下位机单元还发送所述参数信息到所述上位机单元和显示单元； 所述上位机单元接收并显示所述参数信息以及改变所述下位机单元的控制参数； 所述供电单元与所述下位机单元电连接并为所述下位机单元供电； 所述显示单元接收并显示所述参数信息。
9.据权利要求8述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述上位机单元和下位机单元均包括无线模块，所述上位机单元和下位机单元通过所述无线模块通讯。
10.权利要求8述的体外阵列光刺激系统，其特征在于，所述参数信息包括光强信息、温度信息、PH值信息及光照时长信息。
全文摘要
一种体外阵列光刺激系统，用于为光敏感细胞实验研究的培养皿提供光刺激，包括控制系统、与所述控制系统电连接的驱动电路及设于印刷电路板上的与所述驱动电路电连接的LED阵，所述控制系统发送控制电信号到所述驱动电路驱动所述LED阵分组、定时工作；所述LED阵与所述培养皿相对，所述LED阵包括至少两个有若干个LED灯的LED灯组，所述LED灯均匀分布。通过控制系统发送控制电信号到驱动电路驱动由平均分布LED灯组成的LED阵分组、定时工作，平均分布的LED灯阵列实现光强平均照射。
文档编号C12M1/00GK103074202SQ201110327709
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日 公开号201110327709.9
发明者蔚鹏飞, 黄韬, 屠洁, 王立平 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院