[发明专利]用于光遗传学细胞高通量研究的无线程控光照系统及应用

说明书

本发明公开了一种用于光遗传学细胞高通量研究的无线程控光照系统，该系统包括上位机与控制软件、无线通讯模块、下位机中央处理器、下位机寄存器芯片组、下位机发光二极管组以及稳压直流电源。本发明的装置用于体外规模培养细胞的光遗传学信号通路研究尤其是与信号通路相关的药物分子筛选的研究，解决了目前相关研究中缺少高通量、多强度、长时间、多因素光照的体外刺激的设备问题，有效提高了光遗传学研究中光刺激系统的精确度和实验效率。另外，基于本系统所获得的培养细胞光激活的条件，如光照强度、光激活时间等对于将来细胞的光遗传学研究也有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于集成电子电路与光遗传学领域，特别涉及一种用于光遗传学细胞高通量研究的无线程控光照系统及应用。

背景技术

光遗传学技术是近几年迅速发展的一项整合了光学、基因工程以及电子工程的全新多学科交叉的生物技术。利用光基因技术控制细胞活动，具有无损伤、非侵入、时空分辨率高、可定量重复、使用简单等优势，在神经科学、细胞生物学、信号通路等研究领域得到越来越广泛的应用。

截至目前，凭借光纤耦合二极管定点局部刺激神经元(如专利CN201510654472.3)或者利用微型LED阵列多点光刺激(如Kwon K,Li W.Integrated multi-LED array withthree-dimensional polymer waveguide for optogenetics[C]//Micro ElectroMechanical Systems(MEMS),2013IEEE 26th International Conference on.IEEE,2013:1017-1020.)，光遗传学已在神经科学领域取得非常大的成就。

但在更加新兴的信号通路研究领域，光刺激系统还非常简陋(如Bugaj L J,Choksi A T,Mesuda C K,et al.Optogenetic protein clustering and signalingactivation in mammalian cells[J].Nature methods,2013,10(3):249-252.)：①灯珠数量少，不能进行高通量的信号通路分子筛选；②只能以单一亮度照射刺激细胞，不能从软件上精细调节亮度以探究光照强度与信号通路激活程度的关系；③通过物理连接与电脑通信，不便于在培养箱环境下对细胞长时间照射培养研究。④同一时间只能用一种光进行刺激。然而信号通路研究，尤其是与信号通路相关的药物分子筛选需要高通量、多强度、长时间和/或多因素的刺激条件。

发明内容

鉴于上述现有技术中的缺点，本发明提供了一种用于光遗传学高通量研究的无线程控光照系统，该系统能够提高光遗传学技术实验效率，降低实验成本，该系统可以应用于体外培养的细胞中开展光遗传学高通量控制。

一种用于光遗传学高通量研究的无线程控光照系统，包括：上位机PC、蓝牙无线通讯模块、下位机以及稳压直流电源，所述的下位机包括：位于集成印刷电路板一面的中央处理单元、寄存器芯片组、通信接口以及电源接口；位于集成印刷电路板另一面的发光二极管组；且发光二极管分布与生物细胞实验所用孔板各孔位置相对应；

所述的上位机PC内的控制软件将控制指令通过蓝牙无线通讯模块输送至中央处理单元；

所述的中央处理单元接收蓝牙无线通讯从机发送的控制指令，并将控制指令与时钟信号输入寄存器芯片组；

所述的寄存器芯片组将控制指令的串行输入转换为并行输出，并控制发光二极管的发光模式，单独控制每个发光二级管的发光；

所述的发光二极管组在光遗传学研究中对细胞实施光刺激；

所述的稳压直流电源用于给下位机中的元器件提供工作稳压直流电源。

所述上位机PC内的控制软件用于设定发光二极管(LED)亮灯时长、闪烁方式、灯光亮度以及光色。