[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

本發明公開了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，該裝置包括細胞阻抗測量模塊、LabVIEW上位機和低紋波±5V電源模塊；通過該裝置可以在一臺儀器上實現細胞電阻抗自動掃頻譜、自動持續監測細胞電阻抗并記錄的功能，避免了現有儀器不能整合，需要在兩種儀器上分別進行細胞電阻抗全頻譜掃描，細胞電阻抗持續監測記錄的弊端，有利于提高細胞阻抗傳感器的性能，可獲取更準確的細胞電阻抗數據并進一步分析。

技術領域

本發明涉及一種細胞電阻抗掃描分析技術領域，具體地涉及一種細胞電阻抗全頻譜掃描與快速阻抗掃描一體化的細胞活性檢測裝置和方法。

背景技術

目前，細胞阻抗檢測技術是一種用于細胞活性評估的方法，而且傳統的細胞阻抗檢測技術通常只具備緩慢的電阻抗全頻譜掃描模式，這類阻抗檢測細胞工作模式，丟失了大量的檢測細胞活性數據，無法檢測細胞快速生理變化的信息，此外，細胞阻抗檢測技術也有單一頻率快速檢測的工作模式，然而這種工作模式也丟失了細胞在其他頻率下的活性相關數據，因此，單一的細胞阻抗檢測模式無法完整的記錄細胞活性的數據，成了其全面深入分析細胞活性的限制。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術無法同時實現細胞阻抗全頻譜的快速掃描與細胞阻抗快速掃描一體化的問題，開發了基于LabVIEW的上位機軟件與基于跨阻抗放大器芯片實現的細胞阻抗全頻譜放大硬件電路的阻抗測量裝置，實現了自動快速掃描細胞阻抗全頻譜，由上位機自動計算出細胞阻抗靈敏度最大的頻率點，并以此頻率對細胞進行持續快速的阻抗檢測記錄，有利于提高細胞阻抗傳感器的性能，有利于獲取更準確的細胞電阻抗數據并進一步評價分析。

本發明所采用的技術方案是：

一種細胞全頻譜阻抗與快速阻抗測量一體化的裝置，包括細胞阻抗測量模塊、LabVIEW上位機和低紋波±5V電源模塊；

所述細胞阻抗測量模塊包括多功能采集卡、掃頻信號衰減驅動電路、細胞電阻抗傳感器和跨阻抗信號放大模塊；所述多功能采集卡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的輸入端相連，掃頻信號衰減驅動電路的輸出端與細胞電阻抗傳感器的輸入端相連；細胞電阻抗傳感器的輸出端與跨阻抗信號放大模塊的輸入端相連，跨阻抗信號放大模塊的輸出端與信號采集模塊的輸入端相連，形成電流回路；多功能采集卡與LabVIEW上位機通過USB數據線連接。

所述掃頻信號衰減驅動電路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得到的數據。

所述低紋波±5V電源模塊用于為細胞阻抗測量模塊提供穩定的電源；

進一步地，所述細胞電阻抗傳感器由叉指電極組成。

進一步地，所述LabVIEW上位機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。