基因转染控制系统的制作方法

本发明涉及细胞生物学，尤其是涉及一种基因转染控制系统。

背景技术：

1、近年来，超声的声穿孔技术已经开始引起越来越多的关注与研究，超声基因转移比其他细胞转移技术更有优势，因为超声对细胞的多种生物学效应，包括声穿孔效应，相比电穿孔更加柔和，对细胞的伤害性更小。

2、现有无需微泡的超声声致穿孔基因转染方法主要是利用微纳尺度的超声发生模块来同时产生机械、空化、微流体等声学效应和热效应，最终实现对细胞的声致穿孔和基因转染。

3、但该方法中，细胞的基因转染效果易受影响。其中，超声器件在工作时会产生声表面波声场，并由于声热效应而发热，引起周围温度变化，整个转染过程中若温度出现不可控的情况，则会影响细胞的基因转染效果。进一步的，温度变化会引起超声发生模块的本征谐振频率变化，一旦用来激励微纳超声发生模块的激励信号的频率，与该器件的本征谐振频率不适配，则会大幅增加超声发射过程中的能量损耗，减弱超声所引起的各种生物学效应的强度，进而影响细胞的基因转染效果。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供基因转染控制系统，以解决基因转染效果易受影响的问题。

2、一种基因转染控制系统，所述基因转染控制系统包括：多个转染容器，和设置于母板上的主控模块与多路基因转染单元；其中，每路基因转染单元包括信号激励模块、超声发生模块、频率监测与跟踪模块和温度监测与跟踪模块；

3、所述主控模块用于输出激励参数；

4、所述信号激励模块的输入端与所述主控模块的输出端耦接，用于响应所述激励参数以生成并输出对应的激励信号，及输出所述激励信号的频率；

5、所述超声发生模块的输入端与所述信号激励模块的输出端连接，用于响应所述激励信号，以生成并发射对应的超声波；其中，每个超声发生模块输出的超声波作用于一个对应的转染容器上，以使得所述转染容器内的待转染生物体系进行转染；

6、所述频率监测与跟踪模块的输入端与所述超声发生模块的输出端连接，所述频率监测与跟踪模块的输出端与所述信号激励模块的输入端连接，用于监测所述超声发生模块输出的本征信号的本征谐振频率，并调整所述激励信号的频率直至与所述本征信号的本征谐振频率一致；

7、所述温度监测与跟踪模块的输入端与所述超声发生模块的输出端连接，所述温度监测与跟踪模块的输出端与所述超声发生模块的输入端连接，用于根据所述本征谐振频率的偏移量确定转染的当前工作温度，并调整所述超声发生模块的发射功率，直至所述当前工作温度等于预设的目标温度。

8、在其中一个实施例中，所述信号激励模块包括连接的信号扫频电路和开关矩阵；

9、所述信号扫频电路的输入端为所述信号激励模块的输入端，用于响应所述激励参数以生成并输出对应的激励信号，及输出所述激励信号的频率，及响应所述频率监测与跟踪模块的反馈调整所述激励信号的频率直至与所述本征谐振频率一致；

10、所述开关矩阵的输出端为所述信号激励模块的输出端，用于通过导通或闭合控制所述激励信号及所述激励信号的频率的输出。

11、在其中一个实施例中，所述信号扫频电路包括依次连接的频率控制器、相位累加器、正弦计算器和数模转换器；

12、所述频率控制器的频率字输入端为所述信号扫频电路的输入端，用于装载并寄存输入的频率控制字；其中，所述频率控制字为所述激励参数和所述频率监测与跟踪模块的反馈；

13、所述相位累加器用于根据所述频率控制字在每个时钟周期内进行相位累加，以生成并输出相位值；

14、所述正弦计算器的相位字输入端和幅度字输入端为所述信号扫频电路的输入端，用于根据输入的相位控制字和幅度控制字计算所述相位值的数字化正弦波幅度并输出；其中，所述相位控制字和所述幅度控制字为所述激励参数；

15、所述数模转换器的输出端为所述信号扫频电路的输出端，用于对所述数字化正弦波幅度进行数模转换后生成并输出所述激励信号及所述激励信号的频率。

16、在其中一个实施例中，所述超声发生模块包括依次连接的功率放大电路和叉指换能器；

17、所述功率放大电路的输入端为所述超声发生模块的输入端，用于调整所述激励信号的幅度；

18、所述叉指换能器的输出端为所述超声发生模块的输出端，用于响应幅度调整后的激励信号，以生成并发射对应的超声波，及输出本征信号和幅度调整后的激励信号。

19、在其中一个实施例中，所述频率监测与跟踪模块包括谐振频率检测电路和频率跟踪电路；

20、所述谐振频率检测电路的输入端为所述频率监测与跟踪模块的输入端，用于根据输入的本征信号和激励信号检测所述本征信号的本征谐振频率；

21、所述频率跟踪电路的输入端为所述频率监测与跟踪模块的输入端，所述频率跟踪电路的输出端为所述频率监测与跟踪模块的输出端，用于根据输入的本征信号调整所述激励信号的频率直至与所述本征信号的本征谐振频率一致。

22、在其中一个实施例中，所述谐振频率检测电路包括依次连接的比较器、功放组件、低通滤波组件和第一鉴频鉴相器；

23、所述比较器的输入端为所述谐振频率检测电路的输入端，用于比较输入的激励信号和本征信号的大小，并输出对应的比较信号；

24、所述功放组件，用于调整所述比较信号的幅度；

25、所述低通滤波组件，用于对幅度调整后的比较信号进行低通滤波后输出测试电阻信号和测试电压信号；

26、所述第一鉴频鉴相器的输出端为所述谐振频率检测电路的输出端，用于当鉴定到所述测试电阻信号和所述测试电压信号同频同相时，输出所述本征信号的本征谐振频率。

27、在其中一个实施例中，所述低通滤波组件包括依次连接的电感、测试电阻和第一电容，所述第一鉴频鉴相器包括第一触发器、第二触发器和第一与非门；

28、所述电感的输入端为所述低通滤波组件的输入端，所述第一电容接地，所述测试电阻和所述第一电容之间的公共端与所述超声发生模块内的叉指换能器连接；

29、所述第一触发器的输入端与所述测试电阻和所述第一电容之间的公共端连接，所述第二触发器的输入端与所述测试电阻和所述电感之间的公共端连接，所述第一触发器与所述第二触发器之间的公共端互相连接，所述第一与非门的输入端与所述第一触发器和所述第二触发器的输出端连接，所述第一与非门的输出端与所述第一触发器和所述第二触发器的复位端连接。

30、在其中一个实施例中，所述频率跟踪电路包括第二鉴频鉴相器、电荷泵、第二电容、二阶滤波器和压控振荡器；

31、所述第二鉴频鉴相器包括第三触发器、第四触发器和第二与非门，所述第三触发器的输入端接收本征信号，所述第三触发器与所述第四触发器之间的公共端互相连接，所述第二与非门的输入端与所述第三触发器和所述第四触发器的输出端连接，所述第二与非门的输出端与所述第三触发器和所述第四触发器的复位端连接，所述第三触发器的输出端为所述述第二鉴频鉴相器的第一输出端，用于输出第一调频信号，所述第四触发器的输出端为所述述第二鉴频鉴相器的第二输出端，用于输出第二调频信号；

32、所述电荷泵包括第一电荷泵电路开关和第二电荷泵电路开关，所述第一电荷泵电路开关与所述第二鉴频鉴相器的第一输出端连接，用于响应所述第一调频信号闭合，所述第二电荷泵电路开关与所述第二鉴频鉴相器的第二输出端连接，用于响应所述第二调频信号闭合；

33、所述第二电容的第一端与所述第一电荷泵电路开关和所述第二电荷泵电路开关之间的公共端连接，所述第二电容的第二端接地，所述第二电容在所述第一电荷泵电路开关闭合时充电，所述第二电容在所述第二电荷泵电路开关闭合时放电；

34、所述二阶滤波器的输入端与所述第二电容的第一端连接，所述二阶滤波器的输出端与所述压控振荡器的输入端连接，用于过滤所述第二电容两端的电压并输出直流电压；

35、所述压控振荡器的输出端与所述第四触发器的输入端连接，用于根据所述直流电压的变化调整所述激励信号的频率直至与所述本征信号的本征谐振频率一致。

36、在其中一个实施例中，每路基因转染单元还包括磁耦隔离模块，通过所述磁耦隔离模块将所述信号激励模块与所述主控模块连接，用于隔离各路基因转染单元之间的电流。

37、在其中一个实施例中，所述基因转染控制系统还包括设置于所述母板上的电源模块，用于为所述主控模块和所述多路基因转染单元供电。

38、本发明提供的基因转染控制系统，在通过信号激励模块和超声发生模块发射超声，促进转染容器内的待转染生物体系进行转染的基础上，通过频率监测与跟踪模块自动检测超声发生模块的本征谐振频率的变化情况，并动态调整信号激励模块的激励信号的频率，从而实现激励信号的频率能始终与所述本征信号的本征谐振频率保持一致。此外，还通过温度监测与跟踪模块计算本征谐振频率的偏移量，确定超声发生模块工作时环境温度的变化，再据此调整超声发射功率，直至所述当前工作温度等于预设的目标温度。这样就能实现高可靠性和高效率的细胞基因转染，提高基因转染效果。