一种细胞电位非接触检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种细胞电位非接触检测装置。该装置包括非接触层、PCB基底电极、信号转接口、细胞培养皿、多通道信号处理电路系统板和上位机。在现有胞外电位传感器的基础上增加非接触层，通过合理选择非接触层的材质及厚度，可以实现细胞外电位的非接触式检测。本装置改善了细胞与电极间的耦合情况，增加了对电极尺寸、材质选择的灵活性，简化了电极制作，且容易替换，检测方便。检测方便。检测方便。

【技术实现步骤摘要】
一种细胞电位非接触检测装置


[0001]本专利技术涉及一种细胞外电位检测装置，尤其涉及一种细胞电位非接触检测装置。
技术背景
[0002]细胞是生物体结构和功能的基本单位，对细胞电信号的测量，可以使我们了解细胞的存活情况、生存环境，是研究细胞生理特性的重要手段，也是临床上药物开发的重要指引。细胞外检测通常使用微电极阵列(MEA)进行测量，这种方法具有对细胞损伤小，且可以并行输出多个细胞电位的检测结果等诸多优势。基于MEA的细胞电位测量装置一直在追求着更高的信噪比以及更高的集成度。一方面，需要在电极上粘附生物兼容性介质，增加细胞与电极之间的附着力；另一方面，MEA、信号放大及信号处理电路都更倾向于在同一块芯片上实现其功能。现有的MEA通常是将细胞直接培养在电极阵列表面，细胞在电极表面贴壁生长，信号通过细胞膜与金属电极之间的耦合进入检测系统中。但是，这种细胞和电极之间直接接触式的检测通常需要对电极阵列的材质、大小、间距等条件进行较为细致的考虑，对细胞和电极之间的耦合要求较高。总的来说，微电极阵列检测方式，细胞与电极直接接触，对电极要求很高，需要复杂地工艺保持电极地生物兼容性、细胞和电极之间附着力，且因与后端芯片集成而不易替换。为此，迫切需要一种技术，克服上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有细胞电位微电极阵列检测装置中，电极制作工艺复杂和不易替换的问题，提出一种细胞电位非接触检测装置，其技术方案如下：
[0004]一种细胞电位非接触检测装置，其特征在于，包括非接触层、PCB基底电极、信号转接口、细胞培养皿、多通道信号处理电路系统板和上位机；所述的非接触层为厚度小于10μm的PDMS，通过旋涂的方式加工到PCB基底电极上；所述的PCB基底电极通过倒扣的方式与所述的细胞培养皿相连；所述的PCB基底电极为八个直径50
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200μm，中心间距100
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400μm，材质为金的圆形电极，通过信号转接口与多通道信号处理电路系统板相连；所述多通道信号处理电路系统板由高输入阻抗传感器、AD模块和MCU组成，并通过MCU的串口将数据传输至上位机；所述上位机负责数据的显示、处理和存储。
[0005]进一步地，非接触层为厚度小于10μm的PDMS，无生物毒性，通过匀胶机均匀地涂覆在PCB基底电极上，其制作步骤如下：
[0006](1)以PCB基底电极板作为旋涂基底，采用标准清洗工艺清洗表面；
[0007](2)将PDMS与PDMS凝固剂按10∶1的比例配置混合溶液；
[0008](3)将混合溶液经过真空抽气除去气泡；
[0009](4)将胞外电位传感器放在匀胶机上，并将混合溶液以2000r/s的转速旋涂至基底表面；
[0010](5)将旋涂好的PCB基底电极放入80℃烘箱中加热固化2h。
[0011]进一步地，PCB基底电极的八个电极可以以正方形、长方形、圆形结构排列。
[0012]进一步地，PCB八个基底电极中的一个可作为参考电极。
[0013]进一步地，所述高输入阻抗传感器输入阻抗不小于100GΩ，输入电容不超过20pF，在1Hz
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1kHz带宽内噪声不超过1μV。
[0014]进一步地，上位机采用Qt程序进行编写，通过串口接收来自多通道信号处理电路系统板的信号，并采用高通、低通、陷波滤波算法对信号进行实时数字降噪和滤波处理，并且进行实时显示和存储。
[0015]与现有装置相比，本专利技术提出在多电极阵列检测装置的基础上额外增加非接触层实现非接触式检测，通过合理选择非接触层的材质及厚度，可以实现胞外细胞电信号的实时检测。本装置改善了细胞与电极之间的耦合情况，对电极尺寸、材质的选择更为灵活，简化了电极制作，且容易替换，检测方便。
附图说明
[0016]图1为本专利技术细胞电位非接触检测装置示意图。
[0017]图2为PCB基底电极版图。
[0018]图3为多通道信号处理电路系统板的实现框图。
[0019]图4为空白培养基对照组测量噪声基线。
[0020]图5为正常培养条件下使用本装置检测到的偶发神经元动作电位波形图。
[0021]图6为无钙镁离子诱导下使用本装置检测到的神经元癫痫性放电信号图。
[0022]图7为心肌细胞典型波形图。
[0023]图8为使用本装置检测到的心肌细胞胞外电位波形图。
[0024]图9为图8的局部放大图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图及具体实例，对本专利技术做进一步的详细说明，但不限制本专利技术。
[0026]本专利技术公开了一种细胞电位非接触检测装置，如附图1所示，包括非接触层、PCB基底电极、信号转接口、细胞培养皿、多通道信号处理电路系统板和上位机；所述的非接触层为厚度小于10μm的PDMS，通过旋涂的方式加工到PCB基底电极上；所述的PCB基底电极通过倒扣的方式与所述的细胞培养皿相连；所述的PCB基底电极为八个材质为金的圆形电极，通过信号转接口与多通道信号处理电路系统板相连；所述多通道信号处理电路系统板由高输入阻抗传感器、AD模块和MCU组成，并通过MCU的串口将数据传输至上位机；所述上位机负责数据的显示、处理和存储。
[0027]进一步地，所述非接触层无生物毒性，为厚度小于10μm的PDMS，通过匀胶机均匀地涂覆在PCB基底电极上，其制作步骤如下：
[0028](1)以PCB基底电极板作为旋涂基底，采用标准清洗工艺清洗表面；
[0029](2)将PDMS与PDMS凝固剂按10∶1的比例配置混合溶液；
[0030](3)将混合溶液经过真空抽气除去气泡；
[0031](4)将胞外电位传感器放在匀胶机上，并将混合溶液以2000r/s的转速旋涂至基底表面；
[0032](5)将旋涂好的PCB基底电极放入80℃烘箱中加热固化2h。
[0033]其中，PCB基底电极版图如图2所示，在PCB基底板上通过沉金工艺在PCB中心的金属圆盘上形成八个圆形金电极，单个电极直径为152.4μm，电极的中心间距为381μm，八个电极以正方形结构排列。电极通过金属引线与排针转接口相连，考虑八个通道的对称性，对八个通道的引线进行等长走线处理。
[0034]进一步地，所述PCB基底电极检测到的胞外电位信号通过信号转接口传输到多通道信号处理电路系统板上，通过高输入阻抗传感器进行缓冲，然后输入AD模块中，通过MCU进行控制，将信号进行可控增益的放大及数模转换，并将处理过的细胞信号通过串口传输到电脑端的上位机中。
[0035]其中，高输入阻抗传感器为本实验室自主研发的芯片，输入阻抗为150GΩ，输入电容为15pF，在1Hz
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1kHz带宽内噪声为0.9μV，用于将细胞外电位高效地采集并进行缓冲。AD模块使用ADS1298芯片搭建，可实现8通道高精度4000Hz同步采样。芯片内部内置可编程增益放大器，通过使用MCU模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细胞电位非接触检测装置，其特征在于，包括非接触层、PCB基底电极、信号转接口、细胞培养皿、多通道信号处理电路系统板和上位机；所述的非接触层为厚度小于10μm的PDMS，通过旋涂的方式加工到PCB基底电极上；所述的PCB基底电极通过倒扣的方式与所述的细胞培养皿相连；所述的PCB基底电极为八个直径50
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200μm，中心间距100
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400μm，材质为金的圆形电极，通过信号转接口与多通道信号处理电路系统板相连；所述多通道信号处理电路系统板由高输入阻抗传感器、AD模块和MCU组成，并通过MCU的串口将数据传输至上位机；所述上位机负责数据的显示、处理和存储。2.根据权利要求1所述的一种细胞电位非接触检测装置，其特征在于，非接触层为厚度小于10μm的PDMS，无生物毒性，通过匀胶机均匀地涂覆在PCB基底电极上，其制作步骤如下：(1)以PCB基底电极板作为旋涂基底，采用标准清洗工艺清洗表面；(2)将PDMS与PDMS凝固剂按1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽敏，李卓航，熊朗，沈天花，王君，余时沧，闫锋，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：