[發明專利]電興奮型細胞高通量胞內外電生理與機械搏動活性同步檢測裝置與方法

有效

• 申請號: 202210060591.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114292749B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 陳惠琄;肖鴻波;謝曦;劉錚杰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/42;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種電興奮型細胞高通量胞內外電生理與機械搏動活性同步檢測裝置，其特征在于，包括電興奮型細胞傳感檢測多電極芯片、細胞阻抗測量模塊、細胞電信號放大模塊、并行采集模塊和上位機；其中，所述電興奮型細胞傳感檢測多電極芯片由叉指電極與微電極陣列組成，細胞阻抗測量模塊包括激勵信號電路和阻抗檢測電路、細胞電信號放大模塊包括脈沖信號電路和電生理信號檢測電路。

所述激勵信號電路輸出端與叉指電極中的對電極連接，用于產生激勵信號并通過叉指電極中的對電極施加于細胞；

所述阻抗檢測電路的輸入端與叉指電極中的工作電極連接，用于檢測細胞在激勵信號下的響應電流，實現對電興奮型細胞的機械搏動活性檢測；

所述脈沖信號電路的輸出端與微電極陣列連接，用于產生脈沖信號并通過微電極陣列施加于細胞。

所述電生理信號檢測電路的輸入端與微電極陣列連接，用于檢測電興奮型細胞的胞內和/或胞外的電信號。

所述阻抗檢測電路的輸出端、電生理信號檢測電路的輸出端與并行采集模塊的輸入端連接，并行采集模塊的輸出端與上位機的輸入端連接，激勵信號電路、脈沖信號電路的控制端與上位機的輸出端連接，上位機用于控制阻抗測量的激勵信號、脈沖信號的產生，顯示和存儲經并行采集模塊處理后的電信號與響應電流。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激勵信號電路包括依次連接的DDS芯片、電容、無源電阻衰減網絡和電壓跟隨器，其中DDS芯片產生原始信號后，經過電容去直流，隨后通過無源電阻衰減網絡實現原始信號的衰減，最后經電壓跟隨器產生激勵信號。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻抗檢測電路包括依次連接的跨阻放大電路和高通濾波電路，跨阻放大電路用于放大通過叉指電極中的工作電極獲取的細胞在激勵信號下的響應電流，高通濾波電路用于濾除放大后響應電流信號中跨阻放大電路所造成的基線漂移與低頻噪聲。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖信號電路包括DDS芯片、PMOS和一級放大電路；其中，DDS芯片產生方波信號，方波信號與一級放大電路的輸入端相連，一級放大電路的輸出端與微電極陣列相連，PMOS與一級放大電路相連，通過控制PMOS的開關控制一級放大電路電源通斷，實現脈沖信號的控制。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電生理信號檢測電路由依次連接的前置放大電路、帶阻濾波電路和二級放大電路組成。

6.一種基于權利要求1-5任一項所述裝置的電興奮型細胞高通量胞內外電生理與機械搏動活性同步檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：在電興奮細胞傳感檢測多電極芯片上固定細胞培養腔，并在細胞培養腔內培養細胞。

S02：對培養的細胞進行電興奮細胞胞內外電生理與機械搏動活性同步檢測：其中，進行電興奮細胞胞外電生理與機械搏動活性同步檢測時，直接通過上位機控制產生阻抗測量所需的激勵信號，細胞阻抗測量模塊開始進行阻抗測量，同時細胞電信號放大模塊開始檢測電興奮細胞的電信號，兩種信號同步檢測后同時傳輸至上位機并顯示胞外電生理與機械搏動活性檢測結果。當進行電興奮細胞胞內電生理與機械搏動活性同步檢測時，先控制對細胞施加脈沖信號，待施加一段時間后打開細胞膜，細胞電信號放大模塊開始檢測電興奮細胞的電信號傳輸至上位機并顯示胞內電生理檢測結果。或在脈沖信號施加一段時間后，通過上位機控制產生阻抗測量所需的激勵信號，細胞阻抗測量模塊開始進行阻抗測量，同時細胞電信號放大模塊開始檢測電興奮細胞的電信號，兩種信號同步檢測后同時傳輸至上位機并顯示胞內電生理與機械搏動活性檢測結果。