无线红外遥控光遗传系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线红外遥控光遗传系统。红外发射端包括电源驱动板、红外发射管灯带、信号源以及5V电源；红外接收端包括红外接收管、3.7V锂电池、比较电路和蓝色发光二极管。利用信号源控制电源驱动板的通断控制红外发射管灯带的亮灭，使得红外发射管灯带的亮度基本相同且同步亮灭，红外接收管接收红外发射管灯带红外发射管的红外信号，经比较电路控制蓝色红外二极管的亮灭，蓝色发光二极管的光信号通过光纤导入生物体细胞内，实现有效的光刺激。本发明专利技术可实现在实验箱内远距离无线操控，体积小，高度集成，结构紧凑，对于信号源的遥控信号准确及时响应，红外遥控范围大，不会影响到小鼠在大范围内的自由活动，有利于进行大型的行为学实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光遗传技术光刺激的方法和系统，尤其是涉及了一种无线红外遥控光遗传系统。
技术介绍
光遗传学(optogenetics)技术，是一种通过结合光学技术和遗传学技术来精确控制细胞活动的方法，利用光遗传学技术，神经科学研究者能够深入探究一个核团内各个神经元之间的位置与关系，了解多个核团之间内在的相互作用，从而对脑结构和神经系统的构造功能具有更清晰的认识。除了进行基础的神经元结构研究，更重要的是，利用该套设备和一些动物疾病模型，可以探究活体条件下，常见神经性疾病如帕金森综合症、阿尔茨海默病、抑郁症等的脑病理改变，了解其内在的神经元病理变化，并了解其治疗效果，为最终解决临床的神经性疾病提供多方位的治疗策略。而且可以用于临床上的治疗，应用于视网膜病变失明的患者身上，让患者重见光明。光遗传学技术一经推出就成了神经科学界的研究热点，立刻被各个实验室广泛用于各种脑科学研究。经过几年的发展，光遗传学已经在细胞分辨率水平上实现了对神经元的操控，从而为实现神经微解剖走出了第一步。而对于国内国外的光遗传器件生产市场，都尚且处于起步阶段。目前光遗传器件多为有线装置，利用光纤传输刺激光或者要求小鼠头部固定而无线装置体积偏大、质量偏重都会限制到小鼠的自由活动，从而无法区别是由于光刺激作用还是由于设备的限制对于小鼠的行为产生影响，大大影响了实验的科学性。除此之外，无线的供电方式多采用无线充电也增加了系统的复杂度和成本，使生物学实验不可以在普通的生物行为学实验箱中进行。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的在于提供了一种无线红外遥控光遗传系统。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括红外发射端和红外接收端，在红外发射端和红外接收端之间通过红外遥控的方式控制红外接收端中的光信号的亮灭，并将光信号通过光纤导入生物体内细胞内，实现有效的光刺激。所述的红外发射端包括电源驱动板、红外发射管灯带、信号源以及用于供电的5V电源，电源驱动电路分别与红外发射管灯带和信号源连接，5V电源分别与电源驱动电路、信号源连接进行供电；所述的红外接收端包括红外接收管、3.7V锂电池、比较电路和蓝色发光二极管，比较电路分别与红外接收管、和蓝色发光二极管连接，3.7V锂电池分别与比较电路和红外接收管连接。本专利技术的比较电路和电源驱动电路均自行设计。利用信号源控制电源驱动电路的通断，从而控制红外发射管灯带的亮灭，不论外界温度的变化，可以保证灯带总支路的恒流，并且由于红外发射管的伏安特性基本一致可以使得每个红外发射管的光功率基本相同且同步亮灭，红外接收管接收红外发射管的红外信号，经比较电路控制蓝色红外二极管的亮灭，蓝色发光二极管的光信号通过光纤导入生物体内细胞内，实现有效的光刺激。所述的红外发射管灯带布置在所安置箱体的周围侧壁的环形一圈上。优选地，所述的红外发射管灯带其中一条布置在距离顶面1/4箱体高度所在的箱体侧壁周围一圈位置，另一条布置在距离底面1/4箱体高度所在的箱体侧壁周围一圈位置。所述的电源驱动电路包括芯片U1，芯片U1的DIM端经电阻R1与插口JIN1的2脚连接，芯片U1的VIN端分别经电容C4和电容C5与插口JIN1的1脚连接，芯片U1的VIN端直接与插口JIN1的3脚连接，芯片U1的GND端直接与插口JIN1的1脚连接，芯片U1的SW端经电感L1与插口JIN1的3脚连接，芯片U1的SW端经电容C1和电感L2与插口JIN1的1脚连接，电容C2和电容C3并联后和二极管D1串联在电感L2的两端，二极管Dz1、电阻R2和电阻R3串联后连接在电容C2的两端，芯片U1的FB端连接到二极管Dz1和电阻R2之间，二极管Dz1和电容C2之间引出端口连接所述红外发射管灯带的正极，电阻R2和电阻R3之间引出端口连接所述红外发射管灯带的负极。所述的红外发射管灯带是由多个灯珠串联形成各组灯珠组，再由各组灯珠组并联形成灯带。每个灯珠的支路中串联一个1Ω-2Ω的小电阻以平衡电流。第一种实施的比较电路包括电压比较器片U2，芯片U2的负输入端连接NPN三极管Q1的集电极和电阻R5之间，电阻R5另一端直接与电源VCC连接，NPN三极管Q1的基级依次经红外接收管D2和电阻R4后与电源VCC连接，NPN三极管Q1的发射级经电阻R9接地GND，芯片U2的正输入端连接在电阻R6和电阻R8之间，电阻R6和电阻R8的另一端分别连接到电源VCC和地GND，正反馈电阻Rf1两端分别直接连接在芯片U2的正输入端和输出端，电阻R7串联蓝色LED1后和上拉电阻RL1并联，蓝色LED1即为所述蓝色发光二极管，上拉电阻RL1的两端分别与芯片U2输出端和电源VCC相连接，芯片的VCC端和GND端分别与电源VCC和地GND相连接。第二种实施的比较电路包括电压比较器芯片U3，电阻R10和红外接收管D3串联连接在电源VCC和地GND之间，电阻R11和电阻R13串联连接在电源VCC和地GND之间，芯片U3的正输入端连接在电阻R19和红外接收管D3的中间，负输入端连接在电阻R11和电阻R13中间，电容CP1连接在电压比较器U3的正输入端和负输入端之间，电压比较器U3的输出端经电阻R12和红外发射管LED2连接，LED2的另一端接地，电压比较器U3的VCC端和GND端分别与电源VCC和地GND相连接。其中第一种实施例的红外遥控距离更远，第二种实施例的电路设计更加紧凑与小型化。本专利技术红外发射端的电源驱动电路可保证灯带上的红外发射管的亮度基本相同且稳定，灯带的设计保证小鼠在生物行为学实验箱范围内活动都可以接收到红外遥控信号。接收端能保证蓝色发光二极管在接收到红外遥控信号时可以及时且准确响应，而且光强度与遥控距离无关且未接收到信号时完全不亮。本专利技术利用5V电源对发射端的驱动板供电，并利用信号源对驱动板输出的电压信号进行控制，从而对驱动板后连接的灯带上每一个红外发射管进行同步控制。通过红外对管间红外信号的传输，最终控制3.7V锂电池供电的接收端蓝色LED亮灭的占空比和频率等特性。本专利技术的有益效果是：本专利技术系统可实现在实验箱内远距离无线操控，不对小鼠活动形成限制，使其可在相对较大范围内自由移动，由此可进行大型的行为学实验。若结合电生理记录仪可以实时记录反馈的刺激效果，刺激的同时记录神经元的生理活动，从而探究神经元的功能。相较于现有技术，本专利技术的接收端体积小，高度集成，结构紧凑，对于信号源的遥控信号准确及时响应，红外遥控范围大，不会影响到小鼠在大范围内的自由活动，有利于进行大型的行为学实验。附图说明图1是本专利技术系统的原理框图。图2是50cm×50cm×25cm的生物行为学实验箱中灯带布置示意图。图3是图1红外发射端电源驱动板对应的具体电路原理图。图4是图1红外接收端一种实施例的具体电路原理图。图5是图1红外接收端另一种实施例的具体电路原理图。具体实施方法下面参考附图结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。本专利技术实施例如下：本专利技术采用3.7V的0.4cm3的锂电池供电，红外无线遥控，电路板布局紧凑。具体实施中的所有元件以较低的产品价格和产品复杂度实现可无线控制精确光遗传技术的功能。其中，具体实施过程为，5V供电直接采用USB电源适配器进行供给，不另置电压转化电路，且分别作为信号源和电源驱动板的电源。信号源视情况而定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线红外遥控光遗传系统，其特征在于：包括红外发射端和红外接收端，在红外发射端和红外接收端之间通过红外遥控的方式控制红外接收端中的光信号的亮灭，并将光信号通过光纤导入生物体细胞内，实现有效的光刺激。

【技术特征摘要】
1.一种无线红外遥控光遗传系统，其特征在于：包括红外发射端和红外接收端，在红外发射端和红外接收端之间通过红外遥控的方式控制红外接收端中的光信号的亮灭，并将光信号通过光纤导入生物体细胞内，实现有效的光刺激。2.根据权利要求1所述的一种无线红外遥控光遗传系统，其特征在于：所述的红外发射端包括电源驱动板、红外发射管灯带、信号源以及用于供电的5V电源，电源驱动板分别与红外发射管灯带和信号源连接；所述的红外接收端包括红外接收管、3.7V锂电池、比较电路和蓝色发光二极管，比较电路分别与红外接收管、和蓝色发光二极管连接；利用信号源控制电源驱动电路的通断，从而控制红外发射管灯带的亮灭，使得红外发射管灯带的亮度基本相同且同步亮灭，红外接收管接收红外发射管灯带红外对管的红外信号，经比较电路控制蓝色发光二极管的亮灭，蓝色发光二极管的光信号通过光纤导入生物体细胞内，实现有效的光刺激。3.根据权利要求2所述的一种无线红外遥控光遗传系统，其特征在于：所述的红外发射管灯带布置在所安置箱体的周围侧壁的环形一圈上。4.根据权利要求2所述的一种无线红外遥控光遗传系统，其特征在于：所述的电源驱动电路包括芯片U1，芯片U1的DIM端经电阻R1与插口JIN1的2脚连接，芯片U1的VIN端分别经电容C4和电容C5与插口JIN1的1脚连接，芯片U1的VIN端直接与插口JIN1的3脚连接，芯片U1的GND端直接与插口JIN1的1脚连接，芯片U1的SW端经电感L1与插口JIN1的3脚连接，芯片U1的SW端经电容C1和电感L2与插口JIN1的1脚连接，电容C2和电容C3并联后和二极管D1串联在电感L2的两端，二极管Dz1、电阻R2和电阻R3串联后连接在电容C2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚薇，斯科，赵琪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33