基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置

文档序号:39394927发布日期:2024-09-18 11:26阅读:94来源:国知局

本发明涉及本申请涉及生物医学的,尤其涉及心肌组织电生理采集装置。


背景技术:

1、近年来,随着对药物毒性检测和疾病机制分析的需求不断增加,心肌组织芯片备受瞩目。这一技术不仅可以有效缩短药物研发周期,而且能够提高药物研发成功率。心肌组织电生理信号作为评估心肌组织生理活动的重要指标,具有不可替代的作用。通过对心肌组织电生理信号的分析,可以准确刻画心肌组织的活跃程度,为药物研发和疾病机制研究提供可靠依据。

2、现有电生理采集的主要方式是通过微针阵列,将电极放在生物的特定位置,检测特定位置在特定情况下的状态,并且采集的电生理信号往往是细胞自发跳动时的电生理信号。

3、但这种微针阵列尺寸大,无法实现对单一心肌组织进行电生理信号的检测,不能应用在心肌组织芯片的药物毒性检测以及疾病机制分析;并且微针阵列的每根微针都是进行了电气连接,相当于一路信号采集,一来电生理信号的采集精度有限,二来无法应对心肌组织内部复杂且多变的环境。

4、并且细胞自发跳动存在偶然性,尤其是在实验室中,经常出现培养好的心肌细胞不能发生自发跳动,这严重影响了药物研发周期。


技术实现思路

1、本发明所要解决的主要技术问题是提供基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,实现对心肌组织的电生理信号的高速,准确的多通道采集,并且还能对心肌组织施加一定的电刺激,以保证心肌组织能够进行稳定,持续的跳动,从而便于采集电生理信号。

2、为了解决上述的技术问题,本发明提供了基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,包括微电极阵列,信号调理模块,adc模块,dac模块,fpga以及上位机;

3、所述微电极阵列通过屏蔽线连接至信号调理模块,所述信号调理模块的输出端连接至adc模块,所述adc模块将数字信号传输至fpga中,所述fpga通过网口通讯与上位机建立数据连接;

4、所述微电极阵列通过纤维支架与心肌组织溶液接触,当微电极阵列检测到场电位信号后,通过屏蔽线将场电位信号传递到对应的信号调理模块中,所述信号调理模块对微伏级信号的放大和滤波,然后在adc模块中将模拟信号转换成数字信号,通过fpga对数字信号的高速采集,并利用网口通讯将采集的数据传输到上位机端储存。

5、在一较佳实施例中:还包括功率放大模块,所述上位机还可以通过网口通讯将电刺激参数输出到fpga中,再通过功率放大模块后输出到微电极阵列上。

6、在一较佳实施例中:还包括屏蔽模块,所述屏蔽模块分为外部的屏蔽盒和内部的屏蔽罩两部分;所述屏蔽盒用于对外部信号屏蔽,屏蔽罩用于防止内部信号的互相干扰。

7、在一较佳实施例中:所述信号调理模块包括64路放大滤波电路,每路放大滤波电路包括两级同相比例放大电路,以及一阶无源高通滤波电路和一阶有源低通滤波电路,从信号输入接口传入的信号先经过一级放大电路,再经过一阶无源高通滤波电路,然后通过二级放大电路,将最后通过一阶有源低通滤波电路;

8、并且每条放大滤波电路都通过屏蔽罩进行隔离。

9、在一较佳实施例中:还包括电源模块,所述电源模块包括开关电源以及稳压模块,开关电源接入220v电压转化成12v电压输入到稳压模块,稳压模块输出±5v的电压到adc模块、信号调理模块以及功率放大模块。

10、在一较佳实施例中:所述adc模块、功率放大模块,电源模块和fpga置于所述屏蔽盒中。

11、在一较佳实施例中:所述微电极阵列和探针卡置于在金属屏蔽盒外,并通过所述屏蔽线与金属屏蔽盒连接

12、相较于现有技术,本发明的技术方案具备以下有益效果:

13、1.本发明提供了基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,可以检测到心肌细胞产生的微伏级场电位信号,并将其放大后传递到上位机显示;

14、2.本发明提供了基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,装置可以实现对16路电生理信号的同步采集;

15、3.本发明提供了基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,为了避免细胞自发跳动的随机性,专门设计了电刺激装置,保证测试信号时能够产生稳定,可靠的电生理信号。



技术特征:

1.基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于包括微电极阵列,信号调理模块,adc模块,dac模块,fpga以及上位机;

2.根据权利要求1所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:还包括功率放大模块,所述上位机还可以通过网口通讯将电刺激参数输出到fpga中,再通过功率放大模块后输出到微电极阵列上。

3.根据权利要求2所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:还包括屏蔽模块,所述屏蔽模块分为外部的屏蔽盒和内部的屏蔽罩两部分;所述屏蔽盒用于对外部信号屏蔽,屏蔽罩用于防止内部信号的互相干扰。

4.根据权利要求3所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:所述信号调理模块包括64路放大滤波电路,每路放大滤波电路包括两级同相比例放大电路,以及一阶无源高通滤波电路和一阶有源低通滤波电路,从信号输入接口传入的信号先经过一级放大电路,再经过一阶无源高通滤波电路,然后通过二级放大电路,将最后通过一阶有源低通滤波电路;

5.根据权利要求4所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:还包括电源模块,所述电源模块包括开关电源以及稳压模块,开关电源接入220v电压转化成12v电压输入到稳压模块,稳压模块输出±5v的电压到adc模块、信号调理模块以及功率放大模块。

6.根据权利要求5所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:所述adc模块、功率放大模块,电源模块和fpga置于所述屏蔽盒中。

7.根据权利要求6所述的基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,其特征在于:所述微电极阵列和探针卡置于在金属屏蔽盒外,并通过所述屏蔽线与金属屏蔽盒连接。


技术总结
本发明提供了基于微电极阵列的多通道心肌组织电生理采集装置,包括微电极阵列,信号调理模块,ADC模块,DAC模块,FPGA以及上位机;所述微电极阵列通过屏蔽线连接至信号调理模块,所述信号调理模块的输出端连接至ADC模块,所述ADC模块将数字信号传输至FPGA中,所述FPGA通过网口通讯与上位机建立数据连接;所述微电极阵列通过纤维支架与心肌组织溶液接触,当微电极阵列检测到电位信号后,通过屏蔽线将场电位信号传递到对应的信号调理模块中,所述信号调理模块对微伏级信号的放大和滤波,然后在ADC模块中将模拟信号转换成数字信号,通过FPGA对数字信号的高速采集,并利用网口通讯将采集的数据传输到上位机端储存。

技术研发人员:孙道恒,牟淼,方灏航,许丰,金航,陈松月,何功汉
受保护的技术使用者:厦门大学
技术研发日:
技术公布日:2024/9/17
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