针对动物的无线遥控光刺激系统技术方案

一种针对动物的无线遥控光刺激系统，包括上位机、与所述上位机无线连接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括：控制单元、用于驱动发光单元发光的驱动单元、用于发出光线对光感基因细胞进行光刺激的发光单元以及供电单元。光纤模块，通过光纤耦合接口与所述发光单元连接，所述发光单元、所述光纤耦合接口及所述光纤模块安装于动物体内。上述针对动物的无线遥控光刺激系统的光刺激器为无线连接佩戴式，避免了在实验过程中实验对象自由移动而造成容易缠绕进而折断，降低了实验失败的风险，系统可靠。且发光单元通过光纤模块及光纤耦合接口连接后植入动物体内，从而能够深入刺激动物的深部核团，保证光刺激的有效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械，特别是涉及一种针对动物的无线遥控光刺激系统。
技术介绍
应用光遗传学进行的活体动物实验面临的一个主要技术挑战是外部光源传输到动物脑内的复杂度。目前普遍使用的光源是特定波长的激光器或LED光刺激器，通过连接光纤植入动物脑内。激光器本身价格高昂并体积较大，而光纤在动物自由活动的过程中容易缠绕进而折断，增大了实验失败的风险。而LED光刺激器的供电也是难点之一，一般的采用耦合线圈通过电磁感应的无线供能方式，交变电流转换为直流电后，存储在超级电容器中，来为一个IW的LED供电，但是仍存在的问题是能量传输效率过低且不稳定；此外LED虽然是冷光源，但持续工作驱动电路本身的产热也是不能回避的问题，容易导致热量的堆积从而损害脑组织。另外采用LED作为刺激光源的一个问题在于，LED可以用来照射皮层，但难以用以刺激深部核团。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种可靠的能够深入刺激动物深部核团的针对动物的无线遥控光刺激系统。一种针对动物的无线遥控光刺激系统，包括上位机、与所述上位机无线连接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括:控制单元，接收所述上位机的控制指令以控制所述光刺激器工作；驱动单元，与所述控制单元连接，驱动包括LED灯的发光单元发光；发光单元，用于发出光线对光感基因细胞进行光刺激；光纤模块，通过光纤耦合接口与所述发光单元连接，用于将发光单元发出的光信号传输至动物体内；所述发光单元、所述光纤耦合接口及所述光纤模块安装于动物体内；以及供电单元，为所述控制单元、驱动单元、发光单元供电。在其中一个实施例中，所述光纤模块中的光纤的一端与所述LED灯相对并耦合，所述光纤将LED灯的光线自与LED相对的一端传输至另一端，用于照射动物体内的所述光感基因细胞。在其中一个实施例中，所述光纤模块还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述LED灯与所述光纤两者相对的端面之间。在其中一个实施例中，所述光纤模块还包括屏蔽盒和光纤调节器，所述LED灯设于所述屏蔽盒内侧壁，所述光纤在所述屏蔽盒内与设有所述LED灯相对的侧壁穿出；所述光纤调节器设置于所述屏蔽盒的外侧壁并套设于所述光纤，所述光纤调节器用于调节所述光纤的端面与所述聚焦透镜的距离。在其中一个实施例中，所述光纤调节器设有读数，通过调节所述光纤调节器改变所述聚焦透镜与所述光纤两者相对的端面的距离并显示读数。在其中一个实施例中，所述聚焦透镜包括多个单颗透镜，所述多个单颗透镜注塑形成一个具有多个平行排列的所述单颗透镜的多透镜模组。在其中一个实施例中，所述单颗透镜为2飞个。在其中一个实施例中，所述光刺激器还包括温度传感器和散热单元，所述温度传感器与所述控制单元连接用于检测所述发光单元温度值并反馈到所述控制单元；所述散热单元与所述控制单元连接，所述控制单元根据所述温度值控制所述散热单元对所述发光单元散热，且所述控制单元根据所述温度值控制所述驱动单元改变其对所述发光单元的驱动功率。在其中一个实施例中，所述供电单元为锂电池，所述散热单元包括散热片和风扇。在其中一个实施例中，所述上位机包括计算机和基站，所述计算机通过USB与所述基站连接通讯，所述基站和光刺激器均包括用于无线通讯的无线射频设备。上述针对动物的无线遥控光刺激系统的光刺激器为无线连接佩戴式，避免了在实验过程中实验对象自由移动而造成容易缠绕进而折断，降低了实验失败的风险，系统可靠。且发光单元通过光纤模块及光纤耦合接口连接后植入动物体内，从而能够深入刺激动物的深部核团，保证光刺激的有效性。另外，通过调节光纤深入或者退出屏蔽盒，由此便可以改变LED灯发出的发散光进入光纤的光强量，从而满足对光感基因细胞的不同刺激程度；通过设置温度传感器检测发光单元的温度，控制单元根据该温度控制散热单元工作对发光单元散热，降低了热量的堆积从而减少了对实验对象脑组织的损害。附图说明图1为一优选实施例中针对动物的无线遥控光刺激系统的模块示意图；图2为一优选实施例中光纤模块的结构不意图；图3为一优选实施例中聚焦透镜和光纤的方位示意图。具体实施例方式“光-基因技术体系”技术(Optogenetic Technology),利用病毒载体(通常用慢病毒或腺病毒)将一种从绿藻Chlamydomonas reinhardtii克隆出来的可以编码光敏感型阳离子通道蛋白的基因(ChR2)导入某一特定的细胞亚群中表达，此通道蛋白受到波长为472nm的蓝光刺激时，会使Na+离子进入细胞内引起胞膜去极化而兴奋细胞。此外，另有一种从法老嗜盐碱杆菌(Natruonobacterium pharaonis)提取出来的光调控的氯离子泵蛋白基因NpHR，其对波长为593nm的黄光敏感，将其克隆到某一细胞中表达后，在黄光刺激下该氯离子通道蛋白会使Cl—进入细胞而使胞膜复极化，从而使细胞回复静息，这样利用交替的蓝光或黄光就可以在特定细胞亚群水平上控制细胞活性。这项技术具有空间上的细胞特异性(应用特定启动子诱导相应基因在特定细胞群中表达)和时间上毫秒水平上的精确性，因此无论在科学研究，还是临床药物研发方面都具有很大的应用潜力。 使用病毒载体在动物的躯体感觉皮层左右两侧的胡须代表区和MFB (medialforebrain bundle，内侧前脑束)特异性地转入光敏感型阳离子通道蛋白基因(ChR2)。用蓝光刺激转入并表达ChR2通道蛋白的内侧前脑束细胞，就会使这些地方的细胞去极化而兴奋细胞。内侧前脑束的受到光刺激而兴奋时，使动物产生强烈性兴奋性和愉悦性的感觉而向前奔跑。同理，光刺激转入ChR2通道蛋白的左右两侧的躯体感觉皮层的胡须代表区，就可以使这些对应的脑区产生兴奋性的作用。在躯体感觉皮层的两侧胡须代表区受到光刺激而兴奋时，动物会产生遇到障碍物的错觉从而其左转和右转。这样利用光遗传的方法，光刺激上述的三个脑区，激发这些脑区特定的细胞的产生兴奋性的电活动，就可以达到对动物的导航控制。为此，如图1所示，为一实施例提供的一种针对动物的无线遥控光刺激系统，可以给予动物脑部光刺激达到对动物的导航控制。该无线遥控光刺激系统包括上位机100、与上位机100无线连接的佩戴式光刺激器200 (以下称光刺激器)。在本实施例中，光刺激器200固定在动物脑部头部。光刺激器200通过无线模块接收上位机100的控制，实验人员可以根据需要，编写特定的刺激序列来控制被光敏感基因改造过的大脑神经元的活动(即刺激光感基因细胞)，从而利用光感基因细胞的特异性调控动物的行为。上位机100包括计算机110和基站120，计算机110通过USB与基站120连接通讯，基站120和光刺激器200均包括用于无线通讯的无线射频设备122。使用无线射频设备122传输控制指令。计算机110开关指令和参数调节指令通过USB直接发送至基站120，基站120通过无线射频设备122将该指令发送至具有无线射频设备122接收端的佩戴式光刺激器200上。本实施例中，通过无线传输控制指令，使得在实验过程中，动物佩戴光刺激器200后可以自由移动的同时不容易造成缠绕进而折断，减低了实验失败的风险，因此佩戴式光刺激器200可靠性较高。光刺激器200还包括控制单元210、驱动单元220、发光单元230、光纤模块235、温度传感器240、散热单元250及供电单元260本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对动物的无线遥控光刺激系统，其特征在于，包括上位机、与所述上位机无线连接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括：控制单元，接收所述上位机的控制指令以控制所述光刺激器工作；驱动单元，与所述控制单元连接，驱动包括LED灯的发光单元发光；发光单元，用于发出光线对光感基因细胞进行光刺激；光纤模块，通过光纤耦合接口与所述发光单元连接，用于将发光单元发出的光信号传输至动物体内；所述发光单元、所述光纤耦合接口及所述光纤模块安装于动物体内；以及供电单元，为所述控制单元、驱动单元、发光单元供电。

【技术特征摘要】
1.一种针对动物的无线遥控光刺激系统，其特征在于，包括上位机、与所述上位机无线连接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括: 控制单元，接收所述上位机的控制指令以控制所述光刺激器工作； 驱动单元，与所述控制单元连接，驱动包括LED灯的发光单元发光； 发光单元，用于发出光线对光感基因细胞进行光刺激； 光纤模块，通过光纤耦合接口与所述发光单元连接，用于将发光单元发出的光信号传输至动物体内；所述发光单元、所述光纤耦合接口及所述光纤模块安装于动物体内；以及 供电单元，为所述控制单元、驱动单元、发光单元供电。2.根据权利要求1所述的针对动物的无线遥控光刺激系统，其特征在于，所述光纤模块中的光纤的一端与所述LED灯相对并耦合，所述光纤将LED灯的光线自与LED相对的一端传输至另一端，用于照射动物体内的所述光感基因细胞。3.根据权利要求2所述的针对动物的无线遥控光刺激系统，其特征在于，所述光纤模块还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述LED灯与所述光纤两者相对的端面之间。4.根据权利要求3所述的针对动物的无线遥控光刺激系统，其特征在于，所述光纤模块还包括屏蔽盒和光纤调节器，所述LED灯设于所述屏蔽盒内侧壁，所述光纤在所述屏蔽盒内与设有所述LED灯相对的侧壁穿出； 所述光纤调节器设置于所述屏蔽盒的外侧壁并套设于所述光纤，所述光纤调节器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，蔚鹏飞，周意，鲁艺，王伟，王立平，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：