基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置及方法，所述装置包括微丝电极阵列、前置探头插针、前置放大器、FPC排线、FPC排线连接器、锂电池、第一印刷电路板、第二印刷电路板、计算机或移动终端；微丝电极阵列包括镍铬合金微丝、电极印刷电路板和环氧胶，镍铬合金微丝平行排列于电极印刷电路板正反两面，每面各排列四根，通过环氧胶封装；第一印刷电路板包括放大滤波电路和电源模块；第二印刷电路板包括微控制器和Wi-Fi芯片；本发明专利技术的微丝电极阵列可满足活动大鼠嗅觉神经信号的在体检测；本发明专利技术采用锂电池供电结合Wi-Fi技术，不限定大鼠的活动范围，对实验环境要求小，具有操作简单和远距离测量的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动物神经信号检测领域，尤其涉及一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅 觉神经信号检测装置及方法。
技术介绍
利用植入式嗅觉气味微电极阵列结合信号采集系统记录和分析大鼠嗅觉神经系 统的电生理活动具有广泛的应用需求。目前，技术较为成熟、商品化的在体多通道神经信号 米集系统主要有美国 Plexon、Blackrock Microsystems、TDT、德国 Multichannel systems 等公司推出的系列产品，而国内公司起步较晚，生产的仪器性能与国外相比还存在一定差 距，此外，国内外已报道的植入式微电极阵列不能满足嗅觉气味的在体检测。传统仪器采用 有线传输的方式，极大的限制了动物的活动范围，对实验环境要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅 觉神经信号检测装置及方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅 觉神经信号检测装置，包括：微丝电极阵列、前置探头插针、前置放大器、FPC排线、FPC排线 连接器、锂电池、第一印刷电路板、第二印刷电路板、计算机或移动终端；其中，所述微丝电 极阵列包括镍铬合金微丝、电极印刷电路板和环氧胶，镍铬合金微丝平行排列于电极印刷 电路板正反两面，每面各排列四根，通过环氧胶封装；所述第一印刷电路板包括放大滤波电 路和电源模块；第二印刷电路板包括微控制器和Wi-Fi芯片；前置放大器一端通过前置探 头插针、电极印刷电路板与镍铬合金微丝相连，另一端通过FPC排线与第一印刷电路板输 入端相连，第一印刷电路板输出端通过FPC排线与第二印刷电路板相连；锂电池与第一印 刷电路板的电源模块相连；Wi-Fi芯片通过无线局域网与计算机或移动终端进行通信；第 一印刷电路板、锂电池和第二印刷电路板由下至上排列，通过动物背包固定在大鼠背部； 所述放大滤波电路包括8组子电路，每组子电路均包括依次相连的工频陷波器、 二级放大器、带通滤波器和输出缓冲，放大滤波电路对前置放大器输出的8路信号进行放 大滤波处理。 所述工频陷波器包括5个电阻Rl-R5、3个电容C1-C3和2个运算放大器U1-U2 ; 电阻R1的一端与电容C1的一端相连后接入前置放大器的输出端，电阻R1的另一端与电阻 R2的一端、电容C3的一端相连，电容C1的另一端与电容C2的一端、电阻R3的一端相连， 电阻R2的另一端与电容C2的另一端相连后接入运算放大器U1的同相输入端，电容C3的 另一端与电阻R3的另一端相连后接入运算放大器U2的反相输入端和输出端；电阻R4的一 端与运算放大器U1的反相输入端、输出端相连后作为工频陷波器的输出端，电阻R4的另一 端与电阻R5的一端相连后接入运算放大器U2的同相输入端，电阻R5的另一端与电源地相 连；运算放大器U1、U2的正电源端均与+5V电源相连，负电源端均与-5V电源相连。 所述二级放大器和带通滤波器包括5个电阻R6_R10、3个电容C4-C6和2个运算 放大器U3-U4 ;所述电容C4的一端与工频陷波器的输出端相连，另一端与电阻R8的一端相 连后接入运算放大器U3的同相输入端，电阻R8的另一端与电源地相连；电阻R6和R7相连 后接入运算放大器U3的反相输入端，电阻R6的另一端与电源地相连，电阻R7的另一端与 电阻R9的一端相连后接入运算放大器U3的输出端；电阻R9的另一端与电阻R10、电容C5 的一端相连，电阻R10的另一端与电容C6的一端相连后接入运算放大器U4的同相输入端， 电容C6的另一端与电源地相连，电容C5的另一端与运算放大器U4的输出端、反相输入端 相连后作为二级放大器和带通滤波器的输出端；运算放大器U3、U4的正电源端均与+5V电 源相连，负电源端均与-5V电源相连。 所述输出缓冲包括2个电阻R11-R12和运算放大器U5 ;电阻R12的一端与二级放 大器和带通滤波器的输出端相连，另一端与电阻Rl 1的一端相连后接入运算放大器U5的同 相输入端，电阻R11的另一端与+5V电源相连；运算放大器U5的正电源端与+5V电源相连， 负电源端与-5V电源相连，反相输入端与输出端相连后作为输出缓冲的输出端。 一种应用上述大鼠嗅觉神经信号检测装置检测大鼠嗅觉神经信号的方法，包括以 下步骤： (1)将镍铬合金微丝包埋于大鼠嗅球或嗅皮层：选取重200 - 250g的雄性SD大 鼠，麻醉后固定于立体定位仪上；手术在无菌条件下进行，利用颅钻磨去嗅球/嗅皮层上方 覆盖的头骨，暴露出嗅球/嗅皮层背部；随后用液压微推进器将镍铬合金微丝缓慢植入到 大鼠嗅觉神经层；用牙科水泥对镍铬合金微丝进行包埋； (2)选取单分子气体和自然气体对大鼠进行刺激；单分子气体用无色无味的矿物 油进行稀释，单分子气体浓度为1(Γ 15?l〇4mol/L ;将大鼠放于长30cm，宽25cm，高30cm的 有机玻璃笼子中，将滴有〇. lmL单分子气体的滤纸放于大鼠鼻腔旁，停留5s ;得到气味响应 后，向笼子中通入新鲜空气，并等待5min ;镍铬合金微丝记录大鼠嗅觉神经信号； (3)锂电池与第一印刷电路板中电源模块的输入端相连后，微控制器执行硬件和 网络协议栈的初始化，并建立TCP服务器，当计算机或移动终端与Wi-Fi芯片建立无线网络 连接后，微控制器等待计算机或移动终端的指令，启动数据采集；前置放大器对步骤3中镍 铬合金微丝记录到的大鼠嗅觉神经信号进行前置放大后，对信号依次进行工频陷波、二级 放大、带通滤波和输出缓冲处理；微控制器内置的数模转换器循环扫描转换8通道模拟信 号输入，并将数据存入数据缓冲区，缓冲区满之后，微控制器使用TCP协议将数据发送给计 算机或移动终端，由计算机或移动终端对大鼠嗅觉神经信号数据进行显示、记录。 本专利技术的有益效果是：本专利技术的八通道微丝电极阵列可满足活动大鼠嗅觉神经信 号的在体检测；本专利技术采用锂电池供电结合Wi-Fi技术，不限定实验中大鼠的活动范围，对 实验环境要求小，操作简单，可进行远距离测量；本专利技术装置具有低噪声、轻负重、高通量的 优点。 【附图说明】 图1是微丝电极阵列结构图； 图2是本专利技术穿戴式活动大鼠嗅觉神经信号检测装置结构图； 图3是本专利技术穿戴式活动大鼠嗅觉神经信号检测装置原理框图； 图4是放大滤波电路流程图； 图5是工频陷波器电路图； 图6是二级放大器和带通滤波器电路图； 图7是输出缓冲电路图； 图8是电源模块原理图； 图9是+5V电源电路图； 图10是-5V电源电路图； 图11是+3. 3V电源电路图； 图12是微控制器和Wi-Fi芯片原理图； 图13是嵌入式Wi-Fi模块电路图； 图14是微控制器控制流程图； 图15中（a)为大鼠受六种不同气体刺激时记录到的嗅觉神经信号示意图，（b)为 神经元受不同浓度的香芹酮刺激时的发放频率变化图； 图中，镍铬合金微丝1、电极印刷电路板2、环氧胶3、前置探头插针4、前置放大器 5、FPC排线6、FPC排线连接器7、锂电池8、第一印刷电路板9、第二印刷电路板10。 【具体实施方式】 以下结合附图及具体实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置，其特征在于，包括：微丝电极阵列、前置探头插针(4)、前置放大器(5)、FPC排线(6)、FPC排线连接器(7)、锂电池(8)、第一印刷电路板(9)、第二印刷电路板(10)、计算机或移动终端；其中，所述微丝电极阵列包括镍铬合金微丝(1)、电极印刷电路板(2)和环氧胶(3)，镍铬合金微丝(1)平行排列于电极印刷电路板(2)正反两面，每面各排列四根，通过环氧胶(3)封装；所述第一印刷电路板(9)包括放大滤波电路和电源模块；第二印刷电路板(10)包括微控制器和Wi‑Fi芯片；前置放大器(5)一端通过前置探头插针(4)、电极印刷电路板(2)与镍铬合金微丝(1)相连，另一端通过FPC排线(6)与第一印刷电路板(9)输入端相连，第一印刷电路板(9)输出端通过FPC排线(6)与第二印刷电路板(10)相连；锂电池(8)与第一印刷电路板(9)的电源模块相连；Wi‑Fi芯片通过无线局域网与计算机或移动终端进行通信；第一印刷电路板(9)、锂电池(8)和第二印刷电路板(10)由下至上排列，通过动物背包固定在大鼠背部；所述放大滤波电路包括8组子电路，每组子电路均包括依次相连的工频陷波器、二级放大器、带通滤波器和输出缓冲，放大滤波电路对前置放大器(5)输出的8路信号进行放大滤波处理。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置，其特征在于，包括：微丝 电极阵列、前置探头插针（4)、前置放大器（5)、FPC排线（6)、FPC排线连接器（7)、锂电池 (8)、第一印刷电路板（9)、第二印刷电路板（10)、计算机或移动终端；其中，所述微丝电极 阵列包括镍铬合金微丝（1)、电极印刷电路板（2)和环氧胶（3)，镍铬合金微丝（1)平行排 列于电极印刷电路板⑵正反两面，每面各排列四根，通过环氧胶⑶封装；所述第一印刷 电路板（9)包括放大滤波电路和电源模块；第二印刷电路板（10)包括微控制器和Wi-Fi芯 片；前置放大器（5) -端通过前置探头插针（4)、电极印刷电路板⑵与镍铬合金微丝（1) 相连，另一端通过FPC排线（6)与第一印刷电路板（9)输入端相连，第一印刷电路板（9)输 出端通过FPC排线（6)与第二印刷电路板（10)相连；锂电池（8)与第一印刷电路板（9)的 电源模块相连;Wi-Fi芯片通过无线局域网与计算机或移动终端进行通信；第一印刷电路 板（9)、锂电池（8)和第二印刷电路板（10)由下至上排列，通过动物背包固定在大鼠背部； 所述放大滤波电路包括8组子电路，每组子电路均包括依次相连的工频陷波器、二级 放大器、带通滤波器和输出缓冲，放大滤波电路对前置放大器（5)输出的8路信号进行放大 滤波处理。2. 根据权利要求1所述基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置，其特征在 于，所述工频陷波器包括5个电阻Rl-R5、3个电容C1-C3和2个运算放大器U1-U2 ;电阻R1 的一端与电容C1的一端相连后接入前置放大器（5)的输出端，电阻R1的另一端与电阻R2 的一端、电容C3的一端相连，电容C1的另一端与电容C2的一端、电阻R3的一端相连，电阻 R2的另一端与电容C2的另一端相连后接入运算放大器U1的同相输入端，电容C3的另一端 与电阻R3的另一端相连后接入运算放大器U2的反相输入端和输出端；电阻R4的一端与运 算放大器U1的反相输入端、输出端相连后作为工频陷波器的输出端，电阻R4的另一端与电 阻R5的一端相连后接入运算放大器U2的同相输入端，电阻R5的另一端与电源地相连；运 算放大器U1、U2的正电源端均与+5V电源相连，负电源端均与-5V电源相连。3. 根据权利要求1所述基于无线通讯的穿戴式大鼠嗅觉神经信号检测装置，其特征在 于，所述二级放大器和带通滤波器包括5个电阻R6-R10、3个电容C4-C6和2个运算放大器 U3-U4 ;所述电容C4的一端与工频陷波器的输出端相连，另一端与电阻R8的一端相连后接 入运算放大器U3的同相输入端，电阻R8的另一端与电源地相连；电阻R6和R7相连后接入 运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，曹端喜，苏凯麒，庄柳静，郭甜甜，胡宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33