[发明专利]一种细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置和方法

权利要求书

1.一种细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置，其特征在于，包括细胞阻抗测量模块、LabVIEW上位机(1)和低纹波±5V电源模块(8)；

所述细胞阻抗测量模块包括多功能采集卡(3)、扫频信号衰减驱动电路(4)、细胞电阻抗传感器(6)和跨阻抗信号放大模块(7)；所述多功能采集卡(3)包括用于产生扫频信号的扫频信号产生模块、和收集信号的信号采集模块，扫频信号产生模块的输出端与扫频信号衰减驱动电路(4)的输入端相连，扫频信号衰减驱动电路(4)的输出端与细胞电阻抗传感器(6)的输入端相连；细胞电阻抗传感器(6)的输出端与跨阻抗信号放大模块(7)的输入端相连，跨阻抗信号放大模块(7)的输出端与信号采集模块的输入端相连，形成电流回路；多功能采集卡(3)与LabVIEW上位机(1)通过USB数据线连接。

所述扫频信号衰减驱动电路(4)由无源电阻衰减网络和连接在无源电阻衰减网络之后的由运算放大器构成的电压跟随器组成。

所述跨阻抗信号放大模块(7)由跨阻抗放大器电路和电压放大电路组成，所述跨阻抗放大器电路由一电阻、跨阻抗放大器和一用于消除电路中的高频噪声的电容组成，电阻连接跨阻抗放大器的负反馈端和输出端，电容与电阻并联，跨阻抗放大器的输出端连接电压放大电路的输入端。其中跨阻抗放大器的带宽为500KHz，电阻阻值在1KΩ～500KΩ之间，电容容值在0.1pF～100pF之间。

所述LabVIEW上位机用于控制扫频信号产生模块的信号产生，显示和存储细胞电阻抗传感器(6)得到的数据。

所述低纹波±5V电源模块(8)用于为细胞阻抗测量模块提供稳定的电源。

2.根据权利要求1所述细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置，其特征在于，所述细胞电阻抗传感器(6)由叉指电极组成。

3.根据权利要求1所述细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置，其特征在于，所述LabVIEW上位机(1)包括全频谱自动扫描模块和电阻抗持续监测模块；全频谱自动扫描模块用于控制扫频信号产生模块产生全频谱信号对细胞进行全频谱扫描，显示、存储细胞电阻抗传感器(6)得到的数据并计算细胞阻抗的特征频率。电阻抗持续监测模块用于控制扫频信号产生模块产生特定频率，并记录和持续显示细胞阻抗值随测试时间的变化曲线。

4.根据权利要求1所述细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置，其特征在于，所述低纹波±5V电源模块(8)包括依次连接的EMI滤波电路、变压器、桥式整流电路、扼流线圈一、正负5V线性稳压芯片和LC滤波电路，所述EMI滤波电路输入端与220V市电连接，变压器的初级线圈和EMI滤波电路输出端连接，变压器的次级线圈和桥式整流电路的输入端连接，所述桥式整流电路的正负端分别与扼流线圈一的两个输入端连接，扼流线圈一的输出端与正负5V线性稳压芯片的输入端连接，线性稳压芯片的输出端与LC滤波电路连接；所述LC滤波电路的电感由扼流线圈二首尾相连组成。

5.一种权利要求1所述细胞全频谱阻抗与快速阻抗测量一体化的装置的细胞阻抗测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01:在细胞电阻抗传感器(6)内放入有活体细胞的PBS溶液，将细胞电阻抗传感器(6)插到细胞阻抗测量模块上。

S02:启动LabVIEW上位机(1)控制扫频信号产生模块产生全频谱信号，持续对细胞进行全频谱扫描，实时记录全频谱信号的细胞阻抗值，绘制并显示阻抗曲线图。

S03:根据全频谱信号和对应测得的电压值计算出细胞阻抗值，找到细胞阻抗灵敏度最大的频率点f为特征频率。

S04:LabVIEW上位机(1)重新控制扫频信号产生模块产生特征频率f对细胞进行持续快速的阻抗测试，实时记录、绘制并显示阻抗曲线图。

6.根据权利要求5所述的细胞阻抗测量方法，其特征在于，所述步骤S02还包括设置好自动扫描的信号幅值、扫频范围、扫描速度，以及持续监测的时间间隔、单次采样时间、测量次数。

7.根据权利要求5所述的细胞阻抗测量方法，其特征在于，所述步骤S02中，全频谱信号的频率范围为1Hz～500kHz，幅值大小为0.1～5V，加载到细胞电阻抗传感器(6)上的信号幅值不大于10mV。