專利名稱：一種小動物動作電位的無線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種動物動作電位的檢測裝置，特別涉及一種小鼠等小動物動作電位的檢測裝置。
背景技術：
動作電位是可興奮性細胞(如神經元和肌細胞)在行使功能前后所表現出電學上實際可測的狀態，也是細胞在分子水平上所發生的動態生化事件賜給研究人員的一個寶貴的窗口。通過研究動作電位的形成機制，可以進一步了解細胞行使功能時所發生的動態的分子水平上的生物化學反應。目前在生命科學的各個領域都遇到了一些原來理論都難以解決的問題，對此形成機制的研究有望促進整個生命科學研 究理論的新進展。通過研究機制可以掌握其作用過程，在實際應用達到促進醫療技術發展的目的，許多的疑難雜癥有望得到治愈，比如麻醉和神經功能障礙的治療。動物實驗是人類在實驗室內獲得有關生物學、醫學等方面的新知識或解決問題而使用動物進行的科學研究。常用的動物包括猴子、豬、狗、大鼠、小鼠和蟾蜍等，通過研究這些動物的動作電位的產生機理，可以為人類探索疾病的診治提供科學依據。有關動物動作電位的檢測裝置，在國內外成為研究熱點。目前，動物動作電位的檢測裝置主要采用植入電極插入待測部位，然后經過放大、濾波等前端信號處理，經過電纜線連接將動作電位信號傳輸給后端的采集和處理軟件中進行分析。在整個檢測過程中，由于前端和后端之間采用電纜線連接，被檢測動物的自由運動受到限制，直接影響測量的客觀性和準確性；而且，這些檢測裝置體積和重量較大，不適合體積較小的小鼠、蟾蜍等小動物。
發明內容
本發明的目的是提供一種對小動物(小鼠、蟾蜍等)動作電位進行無線檢測的裝置，實現其動作電位的非接觸檢測。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的—種小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，包括無線連接的前端和后端兩部分，其中前端臨時固定于小動物身上，由信號放大模塊、信號調頻模塊以及為該兩個模塊供電的直流電源模塊構成，植入小鼠體內的微電極作為信號放大模塊的輸入信號，經放大后的小鼠動作電位進入信號調頻模塊被調制，再通過一個外接發射天線被輻射出去；所述后端與前端的距離不超過2. 5m，為一個信號解調模塊，被調頻后的小鼠動作電位信號通過一個外接接收天線進入該解調模塊被解調后輸出給計算機進行處理分析。上述方案中，所述信號放大模塊由單電源供電的集成儀表放大器和多個電阻網絡構成，電路放大倍數為980。所述信號調頻模塊由LC調頻電路構成，其載波頻率為85MHz-108MHz。所述直流電源模塊由紐扣電池和電源穩壓電路構成。所述信號解調模塊由一個集成調頻器、多個外接電容構成，通過外接接收天線實現85MHz-108MHz調頻信號的解調，并且被解調后的信號的輸出頻率范圍為5Hz-3. 6kHz。
與現有的小鼠動作電位檢測裝置相比，本發明具有以下優點1、不影響小鼠的自由活動由于采用無線調頻模式，無需用連接導線把小鼠和后端處理部分連接，可以使小鼠在自由活動的條件下檢測其動作電位。2、體積小、重量輕、價格便宜信號放大、調制和電源三個模塊中除過電感之外的元器件均采用表貼形式，因此體積小；電池采用微型紐扣電池，使得檢測轉置的前端(由信號放大、調制和電源模塊組成)總重量小于10g，因此重量輕；所用的元器件大多為常規器件，因此價格低廉。3、解調后輸出信號的頻率響應好信號解調模塊由于采用了頻響非常好的專用集成電路，通過外接電容可以使其解調后的輸出信號達到5Hz-3. 6kHz，完全涵蓋了小鼠動作電位的頻響。4、適用性強除適用于無線檢測小鼠的動作電位之外，還可用于大鼠、兔子等較大 體型的動物相關神經電位的檢測，具有較強的適用性。
以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為本發明檢測裝置的功能結構框圖。圖中in為植入小鼠體內微型的電極輸出信號，接信號放大模塊的輸入端；tanl為發射天線；tan2為接收天線；out為輸出的動作電位信號。圖2為圖1檢測裝置中前端的電路原理圖。圖3為圖1檢測裝置中后端的電路原理圖。圖4為采用本發明檢測裝置檢測到小鼠的動作電位信號。其中(a)圖為發射的動作電位信號，(b)圖為解調后的動作電位信號。
具體實施例方式如圖1所示，一種小鼠動作電位的無線檢測裝置，包括臨時固定(系、粘貼或捆綁)于被測小鼠身上的前端、與前端分離不超過2. 5m的后端。其中前端包括一個信號放大模塊、一個信號調頻模塊、以及為該兩個模塊供電的直流電源模塊；后端為一個信號解調模塊。植入小鼠體內的微電極作為信號放大模塊的輸入信號in，經過放大后進入信號調頻模塊，放大后的小鼠動作電位經過該信號調頻模塊被調制，經過外接發射天線El被輻射出去，被調頻后的小鼠動作電位，由外接接收天線E2通過后端的信號解調模塊后，輸出小鼠動作電位信號至計算機。本發明通過前端和后端兩個部分以及外接發射、接收天線El、E2實現小鼠動作電位的無線檢測。圖1檢測裝置前端的具體電路可采用如圖2所示的結構。其中信號放大電路由集成儀表放大器Ul (型號為AD627)，電阻Rl、R2、Rg和電容CO組成，采用單電源+3. 3V供電(由電源模塊提供)，R1和R2組成的固定分壓電路作為儀表放大器的參考電壓，其增益由Rg確定(Rg取值為205歐姆，實際測得放大倍數為980)，電容CO對直流電源進行濾波。信號調頻電路由高頻晶體管Ql (型號為2SC1359)、LC諧振電路和電源濾波電路組成，其中LC諧振電路由電感L1、電容C5和可變電容C6組成，通過調節C6的值，可以實現調頻的載波頻率范圍達到85MHz-108MHz ;電源濾波電路由電感L2和電容Cl，C2組成，對3. 3V直流電壓進行濾波的同時將信號放大和調頻電路的地進行隔離，實現低頻和高頻電路的隔離；信號放大和信號調頻電路之間通過耦合電容C3連接。直流電源模塊由3. 6V可充電鋰離子扣式電池Vin (型號為LIR1632，容量120mAh，重量1. 8g)和穩壓電路組成，穩壓電路由集成穩壓器U2 (型號為G914D)和電容Cin、Cb、Cout組成，輸出電壓為3. 3V。除電感L1、L2和晶體管Ql之外，其他元器件均采用表貼形式，調頻后的小鼠場電位或動作電位經過發射天線El輻射出去。整個前端的硬件重量小于10g。圖1檢測裝置后端的具體電路可采用如圖3所示的結構。接收天線E2接收到調頻后的小鼠場電位或動作電位，經過信號解調電路后提取出小鼠場電位或動作電位。信號解調電路由集成調頻器Ul (型號為TDA7010T)和外接的電容C1-C14、Cp和Cs、電感LI和L2、電阻Rl以及可變電容Cv組成。其中通過調節可變電容Cv值，可以與調頻電路中載波頻率值完全一致；解調電路的射頻工作頻率由電容C9、ClO和電感L1、L2組成品質因數為
4的無源帶通濾波器，其頻率范圍為為85MHz-108MHz ;解調的輸出信號的頻率范圍由電容 C5-C8電容和集成電路內部的電阻確定，其頻率范圍可達到5Hz-3. 6kHz，完全涵蓋小鼠場電位和動作電位的頻率范圍。電源采用外接的+5V供電。采用本實施例的小鼠動作電位無線檢測裝置，外接2個拉桿天線和+5V的直流電源后，檢測到一只小鼠的動作電位的波形如圖4所示。接收天線與發射天線之間的距離為
2.5米，裝置的后端(解調電路)與前端無需任何電纜連接，在檢測過程小鼠可以自由活動。
權利要求
1.一種小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，包括無線連接的前端和后端兩部分，其中前端臨時固定于小動物身上，由信號放大模塊、信號調頻模塊以及為該兩個模塊供電的直流電源模塊構成，植入小鼠體內的微電極作為信號放大模塊的輸入信號，經放大后的小鼠動作電位進入信號調頻模塊被調制，再通過一個外接發射天線被輻射出去；所述后端與前端的距離不超過2. 5m，為一個信號解調模塊，被調頻后的小鼠動作電位信號通過一個外接接收天線進入該解調模塊被解調后輸出給計算機進行處理分析。
2.如權利要求1所述的小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，所述信號放大模塊由單電源供電的集成儀表放大器和多個電阻網絡構成，電路放大倍數為980。
3.如權利要求1所述的小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，所述信號調頻模塊由LC調頻電路構成，其載波頻率為85MHz-108MHz。
4.如權利要求1所述的小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，所述直流電源模塊由紐扣電池和電源穩壓電路構成。
5.如權利要求1所述的小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，所述信號解調模塊由一個集成調頻器、多個外接電容構成，通過外接接收天線實現85MHz-108MHz調頻信號的解調，并且被解調后的信號的輸出頻率范圍為5Hz-3. 6kHz。
全文摘要
本發明公開了一種小動物動作電位的無線檢測裝置，其特征在于，包括無線連接的前端和后端兩部分，其中前端臨時固定于小動物身上，由信號放大模塊、信號調頻模塊以及為該兩個模塊供電的直流電源模塊構成，植入小鼠體內的微電極作為信號放大模塊的輸入信號，經放大后的小鼠動作電位進入信號調頻模塊被調制，再通過一個外接發射天線被輻射出去；所述后端與前端的距離不超過2.5m，為一個信號解調模塊，被調頻后的小鼠動作電位信號通過一個外接接收天線進入該解調模塊被解調后輸出給計算機進行處理分析。
文檔編號A61B5/04GK103006200SQ201210566689
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者楊芳, 路國華, 于軍, 王莉, 趙玉峰, 劉芳娥, 張璟, 曲萍, 周幸春, 鐵茹, 黃小軍, 劉楠, 田菲 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學