[发明专利]一种用于细胞磁热遗传学研究的高频磁热装置

说明书

用于细胞离子通道激活的高频磁热装置，包括依次连接的功率电源单元(1)、高频逆变器单元(2)、电流放大谐振单元(3)、多层感应线圈单元(4)以及信号控制单元(5)；的功率电源单元(1)为高频逆变器主电路提供能量，高频逆变器单元(2)将直流输入信号转换为高频交流信号，并将信号输出至电流放大谐振单元(3)，电流放大谐振单元(3)将输入的交变电流信号放大2倍，并将信号输出至多层感应线圈单元(4)以及信号控制单元(5)，多层感应线圈单元(4)将交变电流信号通过高频谐振转换为磁场信号，信号控制单元(5)扫描驱动频率，通过LabVIEW软件编程实现输出反馈控制信号至高频逆变器单元(2)。

技术领域

本发明涉及磁热技术领域，特别是针对细胞磁热遗传学研究中激活热敏感型细胞离子通道磁场发生装置。

背景技术

磁遗传学是一种调控神经元活动的学科。近年来，利用磁性纳米粒子的磁热效应来激发细胞离子通道从而达到调控神经活动目标的磁热遗传学已成为研究热点之一。磁热装置作为磁热遗传学的核心工具，它产生磁场的特性会直接影响到磁热遗传的效果，对于磁热装置的开发与完善，是促进磁遗传学研究发展的必要条件。

应用于细胞磁热遗传学的高频磁热装置，一般要求磁场强、频率高、热辐射低且安全稳定。目前国内外用于磁热遗传的高频磁热装置，多是采用空心螺线管或绕线于铁氧体来实现的，并通过串联谐振电路产生所需磁场。利用空心螺线管的优点在于它产生的磁场受频率限制低，高频性能好，能轻松产生高频磁场，同时谐振环路上的谐振电压不会太高（在产生相同磁能条件下，谐振电压与电感的1/2次方成正比），安全性稍强。缺点在于空心螺线管匝数较少、电感值小，需要成百上千安培的电流才能产生磁热遗传中所需的磁场，会造成空心螺线管上的寄生电阻耗能巨大，螺线管发热严重，同时还对电源要求较高，制作困难。对于绕线于铁氧体产生高频磁场来说，其优点在于需要很小的电流就能产生磁热遗传中所需要的磁场，制作简单方便，受趋肤效应与寄生电阻的影响较小。其缺点在于铁氧体受材料和工艺限制很难产生稳定的高频磁场，高频性能差。

发明内容

本发明要克服现有的上述空心螺线管和绕线于铁氧体产生磁场的两种方案的缺点，提供一种电路结构简单、工作性能可靠、可实现PID控制、可安放在显微镜平台上的小型高频交变磁场发生装置，用于磁热刺激激活细胞离子通道以操控细胞兴奋的磁遗传学实验。

本发明是通过以下技术方案实现。

本发明的用于细胞离子通道激活的高频磁热装置，包括依次连接的功率电源单元1、高频逆变器单元2、电流放大谐振单元3以及信号控制单元5；所述的功率电源单元1为高频逆变器主电路提供能量，所述高频逆变器单元2将直流输入信号转换为高频交流信号，并将信号输出至电流放大谐振单元3，所述电流放大谐振单元3将输入的交变电流信号放大2倍，并将交变电流信号通过高频谐振转换为磁场信号，再将信号输出至信号控制单元5，所述信号控制单元5扫描驱动频率，通过LabVIEW软件编程实现输出反馈控制信号至高频逆变器单元2；所述的信号控制电路模块8和PC端6的闭环主控程序构成整体的信号控制单元5。所述信号控制电路模块8由STM32和DDS芯片AD9854构成，所述的闭环主控程序基于PC端6的LabVIEW软件编写构成；所述信号控制电路模块8和PC端6的闭环主控程序通过串口进行通信。

所述的功率电源单元1包括一台商用数控直流电源，商用数控直流电源的输出端通过电感（软启动，保护电路）与高频逆变器单元2的供电端VCC相连；

所述高频逆变器单元2包括第一逆变器驱动电路模块2a、第二逆变器驱动电路模块2c以及逆变器主电路模块2b。所述第一逆变器驱动电路模块2a由IR2113型的芯片IR1与图腾柱结构结合设计而成,所述第二逆变器驱动电路模块2c由IR2113型的芯片IR2与图腾柱结构结合设计而成,所述第一逆变器驱动电路模块2a和第二逆变器驱动电路模块2c关于逆变器主电路模块2b对称，对称的部分功能相同。所述第一次写逆变器驱动电路模块2a中的芯片IR1的输入端与信号控制电路模块8的输出端相连，所述第二逆变器驱动电路模块2c中的芯片IR2的输入端与所述信号控制电路模块8的输出端相连；