[发明专利]自动化电穿孔调控筛选的胞内外电生理记录系统与方法

说明书

本发明提供了一种自动化电穿孔调控筛选的胞内外电生理记录系统与方法，该系统包括微电极阵列传感器、胞内外电信号调理模块、电穿孔控制模块、数据采集卡、上位机和电源模块。通过该系统可以在一台仪器上实现细胞电穿孔和心肌细胞胞内外电信号记录的功能，能控制各通道逐一产生不同频率、幅值、脉宽的脉冲信号施加到细胞上，可实现在一次实验内不同条件电穿孔结果的对比，又能检测细胞电生理现象的变化，实现高时空分辨率的细胞电信号记录。同时，通过上位机能实现高效自动化分析，通过遍历不同的电穿孔条件，结合数据分析筛选出电穿孔的最优条件，以最优条件进行细胞电穿孔，从而实现高质量地对心肌细胞的胞内电信号进行记录。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种自动化电穿孔调控筛选的胞内外电生理记录系统与方法。

背景技术

由于胞内电信号可以提供高信噪比动作电位信号，为获取高质量的动作电位信号，通常基于平面电极的电穿孔技术，在电极上施加脉冲使细胞膜表面出现破裂，从而使电极能记录到胞内电信号。当前通常采用信号发生器作为电穿孔设备，其通道数有限，无法发挥使用微电极阵列中两个或几个微电极就可产生电场的优势，还有现有仪器所有通道同时进行电穿孔，两个通道之间会造成串扰，电穿孔效率较低。且在检测胞内电信号实验中，实验人员需要测试不同电穿孔条件，工作量大，操作复杂，成为深入研究心肌细胞电生理现象的障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化电穿孔调控筛选的胞内外电生理记录系统与方法，包括微电极阵列传感器、胞内外电信号调理电路、电穿孔控制电路、数据采集卡、金属屏蔽盒、上位机和电源模块。通过该系统可以在一台仪器上实现细胞电穿孔和心肌细胞胞内外电信号记录的功能，能控制各通道逐一产生不同频率、幅值、脉宽的脉冲信号施加到细胞上，可实现在一次实验内不同条件电穿孔结果的对比，又能检测细胞电生理现象的变化，实现高时空分辨率的细胞电信号记录。同时，通过上位机能实现高效自动化分析，通过遍历不同的电穿孔条件，结合数据分析筛选出电穿孔的最优条件，以最优条件进行细胞电穿孔，从而实现高质量地对心肌细胞的胞内电信号进行记录。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种自动化电穿孔调控筛选的胞内外电生理记录系统，包括：

微电极阵列传感器，包括基底、位于基底上的细胞培养腔、形成于基底上的微电极阵列，所述微电极阵列包括多个微电极，且位于所述细胞培养腔内；电极引出端，包括与所述多个微电极中的每个微电极对应的工作电极引出端和共用的参考电极引出端。

胞内外电信号调理模块，包括与微电极数目相同的多路胞内外电信号调理电路，每路输入端分别与每个工作电极引出端相连，用于滤除噪声和放大采集的胞内外电信号。所述胞内外电信号调理模块的地线与参考电极引出端相连。

电穿孔控制模块，包括与微电极数目相同的多路电穿孔控制电路，每路输出端分别与每个工作电极引出端相连，用于控制每个微电极电穿孔信号的通断。

数据采集卡，所述数据采集卡的模拟输入端与胞内外电信号调理模块的输出端相连，所述数据采集卡的模拟输出端与电穿孔控制模块的输入端相连，分别产生对应微电极的电穿孔信号。

上位机，与数据采集卡相连，用于控制数据采集卡。

电源模块，与胞内外电信号调理模块、电穿孔控制模块、数据采集卡连接，用于为胞内外电信号调理模块、电穿孔控制模块、数据采集卡提供稳定的电源。

进一步地，每路胞内外电信号调理电路均由依次连接的高通滤波电路、第一级放大电路、带通滤波器电路和第二级放大电路组成，其中，所述带通滤波器电路包括RC高通滤波电路和巴特沃斯低通滤波电路。