專利名稱：體外陣列光刺激系統(tǒng)的制作方法
體外陣列光刺激系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種體外陣列光刺激系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
“光基因技術(shù)體系”技術(shù)(Optogenetic Technology)是最近三年在美國和德國首先開展起來的，整合了基因工程學(xué)、電生理學(xué)、光學(xué)和電子工程技術(shù)的一種全新的生物技術(shù)。該技術(shù)基于基因治療的方法，利用病毒載體將一種從綠藻Chlamydomonas reinhardtii克隆出來的可以編碼光敏感型陽離子通道蛋白的基因(ChR2)導(dǎo)入某一特定的細(xì)胞亞群中表達(dá)，此通道蛋白受到藍(lán)光(472nm)刺激時，會使Na+離子進入細(xì)胞內(nèi)引起胞膜去極化而興奮細(xì)胞。此外，另有一種從綠藻提取出來的光調(diào)控的氯離子泵蛋白基因NpHR，其對黃光(593nm波長)敏感，將其克隆到某一細(xì)胞中表達(dá)后，在黃光刺激下該氯離子通道蛋白會使Cl—進入細(xì)胞而使胞膜復(fù)極化，從而使細(xì)胞回復(fù)靜息，這樣利用交替的藍(lán)光或黃光就可以在特定細(xì)胞亞群水平上控制細(xì)胞活性。這項技術(shù)具有空間上的細(xì)胞特異性和時間上毫秒水平上的精確性，因此無論在科學(xué)研究，還是臨床藥物研發(fā)方面都具有很大的應(yīng)用潛力。目前，沒有現(xiàn)成可用的裝 置進行光照刺激實驗研究，這大大限制了“光基因技術(shù)體系”在體外細(xì)胞功能研究上的應(yīng)用。目前市場上有大功率的LED可用于光照刺研究，但存在如下問題:單個的LED光照強度不夠，或者用較低發(fā)熱的LED很難達(dá)到要求，大功率的LED發(fā)熱量很大，很難散熱，光強難以平均照射等問題。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種能實現(xiàn)光強平均照射的體外陣列光刺激系統(tǒng)。一種體外陣列光刺激系統(tǒng)，用于為光敏感細(xì)胞實驗研究的培養(yǎng)皿提供光刺激，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、與所述控制系統(tǒng)電連接的驅(qū)動電路及設(shè)于印刷電路板上的與所述驅(qū)動電路電連接的LED陣，所述控制系統(tǒng)發(fā)送控制電信號到所述驅(qū)動電路驅(qū)動所述LED陣分組、定時工作；所述LED陣與所述培養(yǎng)皿相對，所述LED陣包括至少兩個有若干個LED燈的LED燈組，所述LED燈均勻分布。優(yōu)選地，還包括與驅(qū)動電路電連接的散熱裝置，所述散熱裝置固定于所述印刷電路板與設(shè)有所述LED陣列相對的另一側(cè)面上。優(yōu)選地，所述散熱裝置包括成矩陣排布的散熱片和位于所述散熱片的一側(cè)的風(fēng)扇，所述散熱片成矩陣間隔排布。優(yōu)選地，所述LED燈組包括第一 LED燈組和第二 LED燈組；所述第二 LED燈組包圍所述第一 LED燈組。優(yōu)選地，所述第一 LED燈組中的LED燈呈正三角形分布，所述第二 LED燈組中的LED燈呈正六角形分布；所述正六角形與所述正三角形中心重合。優(yōu)選地，所述第一 LED燈組包括設(shè)于正三角形三個頂點的三顆LED燈，所述第二LED燈組包括設(shè)于正六邊形六個頂點的六顆LED燈。
優(yōu)選地，所述LED陣包括發(fā)射不同波長光的LED燈，所述波長包括470納米、590納米；發(fā)射的光波長相同的所述LED燈串聯(lián)。優(yōu)選地,所述控制系統(tǒng)包括感應(yīng)單元、下位機單元、上位機單元、顯示單元及供電單元，其中:所述感應(yīng)單元與所述下位機單元通訊，用于檢測所述培養(yǎng)皿的參數(shù)信息，并將所述參數(shù)信息發(fā)送到所述下位機單元；所述下位機單元與所述上位機單元、感應(yīng)單元及顯示單元通訊，根據(jù)所述參數(shù)信息發(fā)送控制電信號到所述驅(qū)動電路以驅(qū)動所述LED陣工作；所述下位機單元還發(fā)送所述參數(shù)信息到所述上位機單元和顯示單元；所述上位機單元接收并顯示所述參數(shù)信息以及改變所述下位機單元的控制參數(shù)；所述供電單元與所述下位機單元電連接并為所述下位機單元供電；所述顯示單元接收并顯示所述參數(shù)信息。優(yōu)選地，所述上位機單元和下位機單元均包括無線模塊，所述上位機單元和下位機單元通過所述無線模塊通訊。優(yōu)選地，所述參數(shù)信息包括光強信息、溫度信息、PH值信息及光照時長信息。上述體外陣列光刺激系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路驅(qū)動由平均分布LED燈組成的LED陣分組、定時工作，平均分布的LED燈陣列實現(xiàn)光強平均照射。

圖1為一實施例中的體外陣列光刺激系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一實施例中的LED陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為一實施例中的LED陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為一實施例中的散熱裝置示意圖。
具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，一種體外陣列光刺激系統(tǒng)，用于為光敏感細(xì)胞實驗研究的培養(yǎng)皿提供光刺激。體外陣列光刺激系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)200、驅(qū)動電路300、LED陣400、印刷電路板500 (如圖4所示)、散熱裝置600及支撐腳700 (如圖4所示)?？刂葡到y(tǒng)200與驅(qū)動電路300電連接，驅(qū)動電路300與LED陣400及散熱裝置600電連接，控制系統(tǒng)200發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路300驅(qū)動所述LED陣400分組、定時工作，同時發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路300驅(qū)動散熱裝置600工作。如圖2所示，LED陣列包括個均勻排列的三個LED陣400。在其他實施例中，根據(jù)現(xiàn)在情況的需要，LED陣列可以設(shè)置多個LED陣400。LED陣400包括發(fā)射不同波長光的LED燈，LED燈發(fā)射光包括470納米波長的藍(lán)光、590納米波長的黃光。發(fā)射的光波長相同的LED燈串聯(lián)為一組。在本實施例中，每三個發(fā)射相同波長的LED燈串聯(lián)為一組。LED陣400設(shè)置發(fā)射不同波長的LED燈可以滿足光敏感細(xì)胞實驗研究的不同光波長需求。在控制系統(tǒng)200 的控制下，發(fā)射的光波長相同的LED燈串聯(lián)為一組，能實現(xiàn)分組、定時控制，LED陣400的多個LED燈通過光斑疊加可以達(dá)到要求的光強。在其他實施例中，根據(jù)不同的光敏感細(xì)胞實驗研究對光刺激的不同光波長需求，體外陣列光刺激系統(tǒng)可以設(shè)置發(fā)射不同光波長的LED等，并不限定在波長470納米、590納米的兩種。此外，根據(jù)不同的光敏感細(xì)胞實驗研究，發(fā)射的光波長相同的LED燈可以并聯(lián)，也可以為發(fā)射的光波長不相同的LED燈串聯(lián)。如圖3所示，LED陣400包括至少兩個有若干個LED燈的LED燈組420，所述LED燈均勻分布。LED燈均勻分布能為光敏感細(xì)胞實驗研究提供光強平均照射。在一實施例中，LED燈組420包括第一 LED燈組422和第二 LED燈組424，第二 LED燈組424包圍第一 LED燈組422。在滿足能提供光強平均照射的情況下，并不限定LED陣400設(shè)有的LED燈組420為兩組，在其他實施例中，可以為一組，可以為三組，可以為四組甚至更多的LED燈組420。此處的LED燈組420的排列分組方式并不與上述相同的LED燈串聯(lián)為一組相矛盾，上述的LED燈分組是按電連接方式分組，而LED燈組420的分組方式是排列形狀上的分組，也就是說，在不相同的LED燈組420中發(fā)射的光波長相同的LED燈可以通過電連接串聯(lián)一起。在一實施例中，第一 LED燈組422中的LED燈呈正三角形分布，第二 LED燈組424中的LED燈呈正六角形分布，正六角形與所述正三角形中心重合。第一 LED燈組422包括設(shè)于正三角形三個頂點的三顆LED燈，第二 LED燈組424包括設(shè)于正六邊形六個頂點的六顆LED燈。參照圖2，LED陣400由九顆LED燈組成，外圍六顆LED燈的中心連線圍成一正六邊形，此外圍六顆LED燈分別 落在正六邊形的六個頂點上；在里面的三顆LDE燈的中心連線圍成一正三角形，此里面的三顆LED燈分別落在正三角形的三個頂點上。在其他實施例中，在滿足能提供光強平均照射的情況下，LED燈組420中的LED燈可以呈其他形狀分布，其形狀可以為矩形、圓形、菱形等形狀。如圖4所示，印刷電路板500 —側(cè)設(shè)有由若干個LED陣400組成的LED陣列，與LED陣400組成的設(shè)有LED陣列相對的另一側(cè)面上設(shè)有散熱裝置600。在使用體外陣列光刺激系統(tǒng)為光敏感細(xì)胞實驗研究提供光刺激時，LED陣400組成的LED陣列相對散熱裝置600設(shè)于印刷電路板500下方與培養(yǎng)皿相向。在優(yōu)選實施例中，印刷電路板500由鋁基材質(zhì)制成，能使體外陣列光刺激系統(tǒng)穩(wěn)牢地設(shè)置于印刷電路板500上，同時鋁基材質(zhì)有利于LED陣400組成的LED陣列工作時產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)到散熱裝置600，使熱量得到高效驅(qū)散，保持體外陣列光刺激系統(tǒng)散熱性能良好，滿足研究工作的需求。散熱裝置600包括散熱片620和風(fēng)扇640。在一實施例中，在鋁基印刷電路板上，與設(shè)有散熱裝置600的一面相對的另一面LED陣列數(shù)及位置相對應(yīng)，散熱片620和風(fēng)扇640均為三個，與三個風(fēng)扇640相對設(shè)置在三個散熱片620的一側(cè)。在其他實施例中，根據(jù)光敏感細(xì)胞實驗研究的需求或與LED陣列數(shù)及位置對應(yīng)，設(shè)置出所需的散熱片620和風(fēng)扇640個數(shù)。在優(yōu)選實施例中，散熱片620成矩陣排布，矩陣排布的行列均留有縫隙，留有縫隙相對較寬定義為列，留有縫隙相對較窄定義為行。散熱片620成矩陣排布能使散熱片620增加與流通空氣的接觸面積，熱量散發(fā)得更快。在優(yōu)選實施例中，風(fēng)扇640位于散熱片620的一側(cè)的，散熱片620成矩陣排布的列與風(fēng)扇640相對。風(fēng)扇640可以同時吹到鋁基印刷電路板500的上下兩面，加強了散熱的效果，同時風(fēng)扇640還可以吹到控制系統(tǒng)200中的下位機單元220、及驅(qū)動電路300組成的電路層(圖未示)，為電路層散熱。由于散熱片620的列的排布留有的縫隙相對行較寬，有利于空氣的流通，有利于風(fēng)扇640對散熱片620上的熱量吹散。在優(yōu)選實施例中，支撐腳700固定在印刷電路板500用于支撐印刷電路板500及其上裝置能架設(shè)在培養(yǎng)皿的上方。在進行體外陣列光刺激系統(tǒng)為光敏感細(xì)胞實驗時，能使體外陣列光刺激系統(tǒng)上的LED陣400以很好的角度照射到培養(yǎng)皿上。如圖1所示，控制系統(tǒng)200包括感應(yīng)單元210、下位機單元220、上位機單元230、顯示單元240及供電單元250。感應(yīng)單元210與下位機單元220通訊，用于檢測培養(yǎng)皿的參數(shù)信息，并將參數(shù)信息發(fā)送到所述下位機單元220。感應(yīng)單元210包括光敏傳感器、溫敏傳感器、PH值傳感器，因此檢測到培養(yǎng)皿的參數(shù)信息包括光強信息、溫度信息、PH值信息及光照時長信息。下位機單元220位于散熱裝置600的上方，設(shè)置在電路層中。下位機單元220與感應(yīng)單元210、上位機單元230及顯示單元240通訊。下位機單元220根據(jù)參數(shù)信息發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路300以驅(qū)動LED陣400工作，發(fā)送所述參數(shù)信息到上位機單元230和顯示單元240。下位機單元220發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路300驅(qū)動LED陣400能實現(xiàn)LED燈的光強、閃爍頻率、占空比、分組控制。在本實施例中，下位機單元220包括單片機、無線發(fā)射模塊及無線接收模塊。上位機單元230和下位機單元220均包括無線模塊225，上位機單元230和下位機單元220通過無線模塊225通訊。上位機單元230接收并顯示參數(shù)信息,改變下位機單元230的控制參數(shù)。在本實施例中，上位機單元230為計算機終端，計算機終端接收下位機單元220上傳并顯示及記錄包括光強、溫度、PH值及光照時長等參數(shù)信息，由此，可以分析體外陣列光刺激系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在其他實施例中，上位機單元230和下位機單元220的可以使用串口通訊。供電單元240為電池組，與下位機單元220電連接并為下位機單元220供電?？梢岳斫?，當(dāng)上位機單元230和下位機單元220使用串口通訊時，此供電單元240可以除去，下位機單元220所需電源可以由上位機單元230通過串口提供。顯示單元250接收并顯示包括光強、溫度、PH值及光照時長等參數(shù)信息。驅(qū)動電路300設(shè)置于電路層，電路層設(shè)于散熱裝置的上方。在一實施例中，驅(qū)動電路300有若干相同的組，包括NUD4001芯片及其外圍電路驅(qū)動，信號由控制系統(tǒng)200發(fā)出。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此， 本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種體外陣列光刺激系統(tǒng)，用于為光敏感細(xì)胞實驗研究的培養(yǎng)皿提供光刺激，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、與所述控制系統(tǒng)電連接的驅(qū)動電路及設(shè)于印刷電路板上的與所述驅(qū)動電路電連接的LED陣，所述控制系統(tǒng)發(fā)送控制電信號到所述驅(qū)動電路驅(qū)動所述LED陣分組、定時工作；所述LED陣與所述培養(yǎng)皿相對，所述LED陣包括至少兩個有若干個LED燈的LED燈組，所述LED燈均勻分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，還包括與驅(qū)動電路電連接的散熱裝置，所述 散熱裝置固定于所述印刷電路板與設(shè)有所述LED陣列相對的另一側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱裝置包括成矩陣排布的散熱片和位于所述散熱片的一側(cè)的風(fēng)扇，所述散熱片成矩陣間隔排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述LED燈組包括第一LED燈組和第二 LED燈組；所述第二 LED燈組包圍所述第一 LED燈組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述第一LED燈組中的LED燈呈正三角形分布，所述第二 LED燈組中的LED燈呈正六角形分布；所述正六角形與所述正三角形中心重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述第一LED燈組包括設(shè)于正三角形三個頂點的三顆LED燈，所述第二 LED燈組包括設(shè)于正六邊形六個頂點的六顆LED 燈。
7.權(quán)利要求1或6所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述LED陣包括發(fā)射不同波長光的LED燈，所述波長包括470納米、590納米；發(fā)射的光波長相同的所述LED燈串聯(lián)。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括感應(yīng)單元、下位機單元、上位機單元、顯示單元及供電單元，其中: 所述感應(yīng)單元與所述下位機單元通訊，用于檢測所述培養(yǎng)皿的參數(shù)信息，并將所述參數(shù)信息發(fā)送到所述下位機單元； 所述下位機單元與所述上位機單元、感應(yīng)單元及顯示單元通訊,根據(jù)所述參數(shù)信息發(fā)送控制電信號到所述驅(qū)動電路以驅(qū)動所述LED陣工作；所述下位機單元還發(fā)送所述參數(shù)信息到所述上位機單元和顯示單元； 所述上位機單元接收并顯示所述參數(shù)信息以及改變所述下位機單元的控制參數(shù)； 所述供電單元與所述下位機單元電連接并為所述下位機單元供電； 所述顯示單元接收并顯示所述參數(shù)信息。
9.據(jù)權(quán)利要求8述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機單元和下位機單元均包括無線模塊，所述上位機單元和下位機單元通過所述無線模塊通訊。
10.權(quán)利要求8述的體外陣列光刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)信息包括光強信息、溫度信息、PH值信息及光照時長信息。
全文摘要
一種體外陣列光刺激系統(tǒng)，用于為光敏感細(xì)胞實驗研究的培養(yǎng)皿提供光刺激，包括控制系統(tǒng)、與所述控制系統(tǒng)電連接的驅(qū)動電路及設(shè)于印刷電路板上的與所述驅(qū)動電路電連接的LED陣，所述控制系統(tǒng)發(fā)送控制電信號到所述驅(qū)動電路驅(qū)動所述LED陣分組、定時工作；所述LED陣與所述培養(yǎng)皿相對，所述LED陣包括至少兩個有若干個LED燈的LED燈組，所述LED燈均勻分布。通過控制系統(tǒng)發(fā)送控制電信號到驅(qū)動電路驅(qū)動由平均分布LED燈組成的LED陣分組、定時工作，平均分布的LED燈陣列實現(xiàn)光強平均照射。
文檔編號C12M1/00GK103074202SQ201110327709
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日 公開號201110327709.9
發(fā)明者蔚鵬飛, 黃韜, 屠潔, 王立平 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院