[發(fā)明專利]面向器官芯片原位測量的多路信號采集控制裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110463148.9
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113175952A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁海波;蔡嘉寧;邵栩?qū)?/a>;古蘭心;孫暢
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G05B19/042
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發(fā)明公開了面向器官芯片原位測量的多路信號采集控制裝置，包括器官芯片腔室模塊(1)、信號采集單元(2)、信號放大和調(diào)理模塊(3)和單片機(jī)控制模塊(4)，上述模塊或單元集成安裝在同一基板上。通過時分復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)了高通量測量的可能性，能夠針對單片機(jī)系統(tǒng)有限數(shù)量的端口連接更多的傳感單元。提高了系統(tǒng)測量的自動化程度，為器官芯片長時間連續(xù)測量節(jié)約了人力。提高數(shù)據(jù)獲取的穩(wěn)定性與可靠性，降低了人為操作因素造成失誤的可能性并避免了手動測量造成的系統(tǒng)誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及芯片裝置，特別涉及面向器官芯片原位測量的多路信號采集控制裝置。

背景技術(shù)

人體器官芯片(Organ-on-a-Chip)是通過芯片中開展細(xì)胞體外培養(yǎng)，模擬人體器官功能的一項(xiàng)新興科學(xué)技術(shù)。人體器官芯片可以為醫(yī)學(xué)、藥學(xué)和生命科學(xué)研究提供與人體環(huán)境相仿的模型，為藥物研發(fā)和篩選、疾病模型構(gòu)建等研究提供替代動物和臨床實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。然而，目前器官芯片應(yīng)用過程中面臨著模型特征不統(tǒng)一的困擾，所獲取的數(shù)據(jù)不具有普遍適用性，因而限制其實(shí)際應(yīng)用。

為了獲得器官芯片使用過程中微組織器官本身的結(jié)構(gòu)與功能信息及周圍環(huán)境狀態(tài)的變化過程，需要通過光學(xué)、電學(xué)、光譜等分析手段開展精準(zhǔn)測量。其中，商用傳感器及微電極陣列已經(jīng)被證明可以用于微組織器官的電生理及芯片內(nèi)溫度、pH、離子及蛋白濃度的測量。由于需要對器官芯片內(nèi)不同位置的多種生化參數(shù)開展監(jiān)測，所設(shè)置的傳感單元遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于現(xiàn)有單片機(jī)等微處理單元的端口數(shù)，因而亟需構(gòu)建一套能夠分時復(fù)用的多路信號采集及控制系統(tǒng)，輔助器官芯片內(nèi)開展高通量自動化檢測。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供多路信號采集控制裝置用于監(jiān)測器官芯片內(nèi)的環(huán)境和體外培養(yǎng)的微組織器官電生理狀態(tài)，解決器官芯片長時間、高通量、自動化監(jiān)測的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種面向器官芯片原位測量的多路信號采集控制裝置，包括器官芯片腔室模塊、信號采集單元、信號放大和調(diào)理模塊和單片機(jī)控制模塊，上述模塊或單元集成安裝在同一基板上。

進(jìn)一步地，不同模塊或單元之間的信號通路通過印刷電路板或金屬連接線的方式連接。所述信號采集單元置于器官芯片腔室內(nèi)或者不同腔室之間的流體通道內(nèi)，其采集的電信號經(jīng)信號放大和調(diào)理模塊處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制模塊的模擬信號輸入端，同時單片機(jī)控制模塊的數(shù)字信號端生成尋址編碼用于不同器官芯片腔室的選擇。所述信號采集單元可選用可輸出模擬電壓或者電流信號的傳感器，也可選用微電極陣列。所述信號放大和調(diào)理模塊選用運(yùn)算放大器對信號采集單元獲得的電壓信號進(jìn)行放大處理，使其電壓幅值位于-10至10伏之間。所述單片機(jī)控制模塊選用MSP430系列單片機(jī)，其模擬信號輸入端口不少于8路，數(shù)字信號端口不少于4路。

通過在器官芯片腔室模塊內(nèi)設(shè)置微電極或者傳感器等信號采集單元，所采集的電信號經(jīng)放大和調(diào)理電路處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的模擬信號輸入端，同時單片機(jī)的數(shù)字信號端生成尋址編碼用于不同器官芯片腔室的選擇。

有益效果：本發(fā)明通過時分復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)了高通量測量的可能性，能夠針對單片機(jī)系統(tǒng)有限數(shù)量的端口連接更多的傳感單元。提高了系統(tǒng)測量的自動化程度，為器官芯片長時間連續(xù)測量節(jié)約了人力。提高數(shù)據(jù)獲取的穩(wěn)定性與可靠性，降低了人為操作因素造成失誤的可能性并避免了手動測量造成的系統(tǒng)誤差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：多腔室并聯(lián)芯片的多參數(shù)測量

本實(shí)施例中器官芯片腔室模塊1選用12孔細(xì)胞培養(yǎng)板，每個孔內(nèi)安裝的信號采集單元2包括一個溫度傳感器pt100，一個pH傳感器，一個溶解氧傳感器，一個鈉離子濃度傳感器。信號放大和調(diào)理模塊3由恒流源電橋電路、AD620放大電路、50Hz陷波電路構(gòu)成。單片機(jī)控制模選用MSP430F5529。