[发明专利]线虫运动行为的电阻抗监测装置、系统及其方法

权利要求书

1.一种线虫运动行为的电阻抗监测装置，其特征在于，包括电路板(1)、微流道层(2)、气动通道层(3)；微流道层(2)和气动通道层(3)形成双层结构，固定在电路板(1)上；

所述电路板(1)作为装置的基底，用于承载所述微流道层(2)和所述气动通道层(3)键合形成的双层结构；所述电路板(1)上设置有电极阵列(101)，用于实现电流激励及电阻抗监测；

所述微流道层(2)包括流体入口(4)、食物载入通道入口(5)、线虫载入通道(201)、培养监测腔室(205)、线虫过渡通道(203)、食物载入通道(202)、杂质排出通道(204)和流体出口(8)，其中流体入口(4)、线虫载入通道(201)、培养监测腔室(205)、杂质排出通道(204)和流体出口(8)依次连接；

所述气动通道层(3)包括流体入口(4)、食物载入通道入口(5)、第一气体入口(6)、第二气体入口(7)、第三气体入口(9)、第四气体入口(10)、第一薄膜阀(301)，第二薄膜阀(302)，第三薄膜阀(303)，第四薄膜阀(304)，第五薄膜阀(305)，第六薄膜阀(306)、流体出口(8)；其中第一气体入口(6)、第二气体入口(7)、第三气体入口(9)和第四气体入口(10)用于提供第一薄膜阀(301)、第二薄膜阀(302)、第三薄膜阀(303)、第四薄膜阀(304)、第五薄膜阀(305)和第六薄膜阀(306)的气压，在气压增大时薄膜阀挤压微流道层(2)上壁，实现对所述微流道层(2)通道的开闭控制；

食物载入通道(202)与培养监测腔室(205)相连，通过所述第二薄膜阀(302)控制通道的开闭；线虫过渡通道(203)设置于培养监测腔室(205)出口，并返回培养监测腔室(205)，线虫在流体及第三薄膜阀(303)、第四薄膜阀(304)、第五薄膜阀(305)、第六薄膜阀(306)的控制下从培养监测腔室(205)进入线虫过渡通道(203)，而后再返回培养监测腔室(205)。

2.根据权利要求1所述的线虫运动行为的电阻抗监测装置，其特征在于，所述微流道层(2)与所述气动通道层(3)均使用聚二甲基硅氧烷倒模制成，通过键合形成双层结构，该双层结构再通过尼龙螺丝与所述电路板(1)固定在一起。

3.根据权利要求1所述的线虫运动行为的电阻抗监测装置，其特征在于，所述电极阵列(101)共包含32个镀金电极探针，通过焊接的方式与所述电路板(1)背面的焊盘实现电气互连，所有探针露出电路板(1)的高度保持一致，再利用环氧树脂在所述电路板(1)正面焊盘于焊孔内进行灌封；所述电极阵列(101)排布方式为内外同心圆结构，内圈和外圈分别分布16电极，外圈电极用于对所述培养监测腔室(205)扫描成像，内圈电极用于对其中心区域扫描成像。

4.根据权利要求3所述的线虫运动行为的电阻抗监测装置，其特征在于，所述培养监测腔室(205)为圆形，其圆心位于所述电极阵列(101)圆心正上方，其半径大于所述电极阵列(101)外圈半径，所述监测装置安装完成后所述电极阵列(101)位于所述培养监测腔室内部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于线虫运动行为的电阻抗监测装置的系统，其特征在于，还包括多路选通模块、FPGA控制模块、电阻抗检测模块、采集成像模块、图像分析处理模块和显示模块，其中所述多路选通模块与所述电路板(1)上的电极阵列(101)相连，通过所述FPGA控制模块产生的控制信号，选择不同的电极作为电阻抗断层扫描的激励和响应电极；所述电阻抗模块用于产生电阻抗断层扫描的激励信号并采集响应电极上的响应电压；所述采集成像模块用于读取所述电阻抗检测模块的检测结果，并根据检测结果重建线虫的电阻抗图像；所述图像分析处理模块用于处理线虫的电阻抗图像，根据所述电极阵列(101)内圈电极成像结果补偿电阻抗图像中心区域成像精度，并计算线虫的移动速度等运动行为参数；所述显示模块用于显示所述图像处理模块的计算结果，实现线虫运动行为的实时监测。

6.根据权利要求5所述的一种基于线虫运动行为的电阻抗监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：线虫通过所述流体入口(4)和线虫载入通道(201)进入所述培养监测腔室(205)，并在薄膜阀控制下进入所述线虫过渡通道(203)；通过所述流体入口(4)和线虫载入通道(201)对培养监测腔室(205)进行清洗；通过所述FPGA控制模块、多路选通模块、电阻抗检测模块完成对培养监测腔室(205)的空测；线虫进入所述培养监测腔室(205)，重复进行电阻抗断层扫描；所述采集成像模块记录扫描结果，根据扫描结果实时生成线虫的电阻抗图像；所述图像分析处理模块根据连续的线虫电阻抗图像，计算线虫运动行为参数，并通过所述显示模块实现实时显示。