[实用新型]一种电旋转生物芯片试验用测控装置及试验系统

说明书

技术领域

本实用新型属于自动化测控及生物技术领域，涉及对电旋转试验进行监测的控制的技术，具体的说是一种生物芯片电旋转试验平台。

背景技术

电旋转（electrorotation,ROT）技术是一种研究生物体（如细胞）特性的新型技术。其原理是，当包含细胞或生物体的溶液被置于特定的旋转电场中时，细胞因其介电性质不同，所产生的旋转响应也不同，因此在旋转电场中细胞体会发生承载各种特征信息的规律性旋转。通过测量旋转体尺寸、单位旋转速度、跟踪旋转体运动轨迹及个体结合规律等，可提取与受试对象生化特征相对应的物理信息。该技术通过在多相电极上施加不同相位的可调幅、调频的交流正弦信号产生旋转电场，观察并检测在此旋转电场下生物体的电旋转特性。该技术适用于研究细胞生存周期及凋亡、动态监测细胞生理状态、药物高通量筛选、微生物分离鉴定以及工业发酵用菌种选育等诸多生物医药、细胞工程等领域。

电旋转生物芯片是电旋转技术的典型应用载体之一，是基于旋转电场法开发的新型生物芯片，以该芯片为载体的电旋转试验是电旋转技术应用的一个重要方面，目前我国已有多种电旋转生物芯片研制成功并投入应用。

但是，目前电旋转生物芯片试验平台的建设远未跟上电旋转技术的发展和试验应用的需要，主要体现在如下几个方面：

1、尚无完善的自动化试验测控系统；

2、集成化、系统化设计的试验平台国内外均为空白；

3、专用多相宽频同步电源过于孤立，未能实现与试验平台其它部件的集中化、统一化管理；

4、未实现基于PC（或嵌入式系统）的图像处理自动检测技术替代现有人眼目测的方法。

现有的电旋转生物芯片试验平台的搭建，以独立的多相宽频同步电源作为芯片工作的专用驱动电源，受试生物体形态与旋转特征通过显微镜，经CCD光学视频系统输入到视频监视器，再以人工目测方法计秒给出旋转速度等特性数据。在这样的平台中，系统臃散难以提高性能；旋转电场参数的初始调节及即时调节等工作仍需手工在驱动电源上完成，严重影响检测效率；而且被试体的运动特征的获得，依赖于目测，不仅检测效率低、而且还容易因视觉疲劳造成人为误差。无法适应现代试验技术发展和电旋生物芯片规模化推广应用的需要。

在现有的生物芯片检测分析仪器设备中，对CCD光学视频系统输出的图像数据的采集，采用“计算机+图像采集卡”的模式(唐小萍,刘业异,王淑蓉等.CCD生物芯片检测仪设计[J].微纳电子技术,2002,(5):41-44)，先由扫描仪采样得到可供分析的图像数据,然后传送给PC机进一步分析处理。图1所示为目前市场上用于电旋转试验的测试系统，其结构上包括PC机、图像采集卡、显微摄像系统、四相宽频同步电源和电旋转生物芯片。四相宽频同步电源与显微摄像系统各自独立，须人工分开操作，PC机仅作为视频图像处理终端。此方案结构复杂、体积庞大、成本高、资源利用效率低。

在现有电旋转试验的测试系统中，对图像数据的处理，是对利用生物芯片扫描仪得到的规则点阵列静态图像进行处理，分隔和处理每一个样品点，得到需要的参数（如样品斑点的面积、平均灰度值、灰度积分值及灰度最大、最小值等）。细胞活力电旋生物芯片的参数检测与其它生物芯片比较存在多方面区别：通过动态图像处理信息的综合检测相关参数；动态图像源自显微放大后的视频；处在溶液中的细胞等试验对象图像不够清晰、边缘模糊、存在一定背景干扰；试验过程中不确定因素影响图像处理等。在细胞移动中动态地获取细胞旋转速度等特征值需要克服图像处理和标记等一系列难题。针对其它医学或生物学的细胞图像处理研究，主要集中在静态细胞边缘提取和图像分割方面。

此外，采用计算机和成像装置结合的方式的电旋生物芯片试验平台，由于其仪器结构复杂和系统操作过于专业化等问题，也制约了生物芯片的应用范围,阻碍了生物芯片产业的发展(胡翔宇、，唐小萍，严伟等。嵌入式生物芯片检测分析系统设计[J]。计算机应用研究，2008,25(4):1254-1256)。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述不足，提出一种小型化、集成化、智能化的与电旋转生物芯片配套的试验仪器设备。

为实现上述目的，本实用新型首先提供一种电旋转生物芯片试验用测控装置。

其包括：驱动电源控制单元，用于向产生激励生物芯片中细胞旋转运动的四通道功率信号的驱动电源输出控制信息，用以调整驱动电源的所产生的功率信号的频率、各通道功率信号的幅值、以及各通道功率信号间的相位差；所述功率信号具有宽频同步的特性，其频率、幅度值、相位都可以设置；