[發明專利]一種細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置和方法

在審

• 申請號: 202010108806.8
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111239197A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 謝曦;張濤;黎洪波;胡寧;陳惠琄;方佳如;楊成端;楊成
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G01R27/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置，其特征在于，包括細胞阻抗測量模塊、LabVIEW上位機(1)和低紋波±5V電源模塊(8)；

所述細胞阻抗測量模塊包括多功能采集卡(3)、掃頻信號衰減驅動電路(4)、細胞電阻抗傳感器(6)和跨阻抗信號放大模塊(7)；所述多功能采集卡(3)包括用于產生掃頻信號的掃頻信號產生模塊、和收集信號的信號采集模塊，掃頻信號產生模塊的輸出端與掃頻信號衰減驅動電路(4)的輸入端相連，掃頻信號衰減驅動電路(4)的輸出端與細胞電阻抗傳感器(6)的輸入端相連；細胞電阻抗傳感器(6)的輸出端與跨阻抗信號放大模塊(7)的輸入端相連，跨阻抗信號放大模塊(7)的輸出端與信號采集模塊的輸入端相連，形成電流回路；多功能采集卡(3)與LabVIEW上位機(1)通過USB數據線連接。

所述掃頻信號衰減驅動電路(4)由無源電阻衰減網絡和連接在無源電阻衰減網絡之后的由運算放大器構成的電壓跟隨器組成。

所述跨阻抗信號放大模塊(7)由跨阻抗放大器電路和電壓放大電路組成，所述跨阻抗放大器電路由一電阻、跨阻抗放大器和一用于消除電路中的高頻噪聲的電容組成，電阻連接跨阻抗放大器的負反饋端和輸出端，電容與電阻并聯，跨阻抗放大器的輸出端連接電壓放大電路的輸入端。其中跨阻抗放大器的帶寬為500KHz，電阻阻值在1KΩ～500KΩ之間，電容容值在0.1pF～100pF之間。

所述LabVIEW上位機用于控制掃頻信號產生模塊的信號產生，顯示和存儲細胞電阻抗傳感器(6)得到的數據。

所述低紋波±5V電源模塊(8)用于為細胞阻抗測量模塊提供穩定的電源。

2.根據權利要求1所述細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置，其特征在于，所述細胞電阻抗傳感器(6)由叉指電極組成。

3.根據權利要求1所述細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置，其特征在于，所述LabVIEW上位機(1)包括全頻譜自動掃描模塊和電阻抗持續監測模塊；全頻譜自動掃描模塊用于控制掃頻信號產生模塊產生全頻譜信號對細胞進行全頻譜掃描，顯示、存儲細胞電阻抗傳感器(6)得到的數據并計算細胞阻抗的特征頻率。電阻抗持續監測模塊用于控制掃頻信號產生模塊產生特定頻率，并記錄和持續顯示細胞阻抗值隨測試時間的變化曲線。

4.根據權利要求1所述細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置，其特征在于，所述低紋波±5V電源模塊(8)包括依次連接的EMI濾波電路、變壓器、橋式整流電路、扼流線圈一、正負5V線性穩壓芯片和LC濾波電路，所述EMI濾波電路輸入端與220V市電連接，變壓器的初級線圈和EMI濾波電路輸出端連接，變壓器的次級線圈和橋式整流電路的輸入端連接，所述橋式整流電路的正負端分別與扼流線圈一的兩個輸入端連接，扼流線圈一的輸出端與正負5V線性穩壓芯片的輸入端連接，線性穩壓芯片的輸出端與LC濾波電路連接；所述LC濾波電路的電感由扼流線圈二首尾相連組成。

5.一種權利要求1所述細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置的細胞阻抗測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S01:在細胞電阻抗傳感器(6)內放入有活體細胞的PBS溶液，將細胞電阻抗傳感器(6)插到細胞阻抗測量模塊上。

S02:啟動LabVIEW上位機(1)控制掃頻信號產生模塊產生全頻譜信號，持續對細胞進行全頻譜掃描，實時記錄全頻譜信號的細胞阻抗值，繪制并顯示阻抗曲線圖。

S03:根據全頻譜信號和對應測得的電壓值計算出細胞阻抗值，找到細胞阻抗靈敏度最大的頻率點f為特征頻率。

S04:LabVIEW上位機(1)重新控制掃頻信號產生模塊產生特征頻率f對細胞進行持續快速的阻抗測試，實時記錄、繪制并顯示阻抗曲線圖。

6.根據權利要求5所述的細胞阻抗測量方法，其特征在于，所述步驟S02還包括設置好自動掃描的信號幅值、掃頻范圍、掃描速度，以及持續監測的時間間隔、單次采樣時間、測量次數。

7.根據權利要求5所述的細胞阻抗測量方法，其特征在于，所述步驟S02中，全頻譜信號的頻率范圍為1Hz～500kHz，幅值大小為0.1～5V，加載到細胞電阻抗傳感器(6)上的信號幅值不大于10mV。