細(xì)胞電刺激培養(yǎng)系統(tǒng)

細(xì)胞電刺激系統(tǒng)是為各種生理電刺激需求而設(shè)計(jì)的。可以直接使用常規(guī)六孔板進(jìn)行細(xì)胞電刺激實(shí)驗(yàn)。六個(gè)同步輸出通道，可以在恒定電流和恒壓模式之間切換。可以對(duì)多個(gè)樣品孔進(jìn)行不同參數(shù)設(shè)置。

直流電刺激具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和引導(dǎo)細(xì)胞趨向的能力。通過對(duì)組織細(xì)胞的電刺激，可以改變可興奮細(xì)胞對(duì)鈉離子或者鈣離子的通透性，從而產(chǎn)生動(dòng)作電位，引起內(nèi)部環(huán)境的改變，最終改變細(xì)胞的狀態(tài)。在對(duì)組織細(xì)胞進(jìn)行直流電刺激時(shí)，會(huì)發(fā)生各種物理和化學(xué)的變化，導(dǎo)致組織細(xì)胞內(nèi)部的環(huán)境發(fā)生改變。

細(xì)胞電刺激設(shè)備簡(jiǎn)介（電壓款）

細(xì)胞電刺激設(shè)備分為兩部分（如圖1-1 所示）：控制盒以及培養(yǎng)腔室。培養(yǎng)

腔室中可以放置六孔培養(yǎng)皿進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。

圖1-1 電刺激設(shè)備

設(shè)備控制器可以對(duì)兩個(gè)電壓通道進(jìn)行控制（CHANNEL-A 和CHANNEL-B），設(shè)

備培養(yǎng)腔室右側(cè)共有六個(gè)開關(guān)，可以用于控制電壓通道是否作用于腔室上。其中

CHANNEL-A 控制1-3 的腔室（CH1、CH2、CH3），CHANNEL-B 控制4-6 的

腔室（CH4、CH5、CH6）。設(shè)備控制邏輯圖及實(shí)物圖如圖1-2 和圖1-3 所示：

圖1-2 電刺激設(shè)備控制邏輯圖

圖1-3 電刺激設(shè)備實(shí)物對(duì)應(yīng)圖

注意：用戶進(jìn)行通道設(shè)置輸出后，一定要打開對(duì)應(yīng)培養(yǎng)腔室的開關(guān)，否則將

沒有電壓輸出。

1.2 細(xì)胞電刺激設(shè)備主界面

電刺激設(shè)備接通電源后將直接進(jìn)入主界面，主界面如圖1-4 所示。

圖1-4 電刺激設(shè)備主界

主界面左側(cè)主要負(fù)責(zé)程序運(yùn)行信息顯示，包含電壓可視化曲線（VOLTAGE

VISUALIZATION）以及程序信息（PROGRAM INFORMATION）。右側(cè)負(fù)責(zé)進(jìn)

行程序參數(shù)設(shè)置。圖1-4 中右側(cè)顯示的是輸出通道的運(yùn)行時(shí)間設(shè)置。點(diǎn)擊右下角

的“<<Setting"按鈕則會(huì)彈出電壓控制參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)卡（如圖1-5），點(diǎn)擊選項(xiàng)

卡右下角的“>>"按鈕可以將選項(xiàng)卡收起。里面可以進(jìn)行靜態(tài)電壓（Static）以

及震蕩電壓（Oscillation）參數(shù)設(shè)置。選項(xiàng)卡可以通過點(diǎn)擊底部按鈕進(jìn)行通道切

換。

圖1-5 電刺激設(shè)備電壓參數(shù)設(shè)置界面示意圖

主界面中通道A 的信息均使用紅色進(jìn)行標(biāo)注，通道B 的信息則使用藍(lán)色進(jìn)

行標(biāo)注。因此使用設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的時(shí)候，可以利用顏色確認(rèn)當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)

是否為需要的通道。

1.3 靜態(tài)電壓輸出

靜態(tài)電壓輸出分為三步：

1、設(shè)置輸出電壓。

2、設(shè)置輸出時(shí)間。

3、啟動(dòng)通道輸出。

以通道A 為例，假設(shè)用戶需要輸出10V 靜態(tài)電壓，持續(xù)時(shí)間為一小時(shí)。首

先需要點(diǎn)擊“<<Setting"按鈕打開設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面，在“CHANNEL-A"選項(xiàng)

卡中的“STATIC"一欄進(jìn)行輸出電壓設(shè)置。需要注意的是，輸入欄參數(shù)是以“mV"

為單位，因此需要輸入的數(shù)值為“10000"。輸入結(jié)果如圖1-6 所示。

圖1-6 靜態(tài)電壓輸入示意圖

完成輸入后，點(diǎn)擊右下角的“>>"按鈕關(guān)閉參數(shù)輸入界面，回到主界面。

設(shè)置完成電壓參數(shù)后，在主界面的“CHANNEL A"一欄輸入時(shí)間參數(shù)，并

點(diǎn)擊“Start"按鈕，程序便會(huì)開始執(zhí)行。程序開始運(yùn)行后，會(huì)在界面上進(jìn)行相關(guān)

提示，其含義如下所示：

圖1-7 通道A 靜態(tài)電壓輸出程序運(yùn)行狀態(tài)示意圖

①：運(yùn)行狀態(tài)顯示，程序運(yùn)行時(shí)背景為紅色，并顯示“RUN"字樣。

②：運(yùn)行程序指示標(biāo)簽。靜態(tài)電壓輸出時(shí)會(huì)顯示“Static Voltage"。

③：當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間顯示，用于顯示當(dāng)前通道程序已經(jīng)運(yùn)行的時(shí)間。

④：程序開始按鈕。

⑤：程序停止按鈕。

程序運(yùn)行期間，左側(cè)會(huì)同時(shí)進(jìn)行曲線以及輸出電壓顯示，顯示結(jié)果如下圖所示：

圖1-8 曲線及程序信息顯示效果

^{1.4 震蕩電壓輸出}

震蕩電壓輸出與靜態(tài)電壓輸出步驟基本相同，也分為三步：

1、設(shè)置輸出電壓。

2、設(shè)置輸出時(shí)間。

3、啟動(dòng)通道輸出。

以通道B 為例，假設(shè)用戶需要輸出5V 的震蕩電壓，頻率為5Hz，持續(xù)時(shí)間

為一小時(shí)。首先需要點(diǎn)擊“ <<Setting " 按鈕打開設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面， 在

“CHANNEL-B"選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊“Oscillation"欄右側(cè)的“Enable"勾選框，使能

通道B 的震蕩模式，使能后程序會(huì)自動(dòng)解鎖相關(guān)參數(shù)輸入框的權(quán)限（如圖1-9）。

圖1-9 震蕩電壓使能結(jié)果示意圖

震蕩模式參數(shù)分為三部分內(nèi)容：

1、Voltage(mV)：輸出電壓，單位為。

2、Frequency(Hz)：震蕩頻率。

3、Duty(%)：輸出占空比。

針對(duì)輸出電壓5V，頻率為5Hz 的需求，在Voltage 一欄填上5000，并在Frequency

一欄填上5 即可（如圖1-10）。占空比一般無(wú)需修改，默認(rèn)為50%，這個(gè)參數(shù)

在下文1.4.1 小節(jié)會(huì)進(jìn)行解釋。

圖1-10 通道B 震蕩參數(shù)輸入完成示意圖

完成參數(shù)設(shè)置后，點(diǎn)擊“>>"按鈕回到主界面，在“CHANNEL B"一欄輸

入時(shí)間參數(shù)，并點(diǎn)擊“Start"按鈕，程序便會(huì)開始執(zhí)行。程序運(yùn)行期間顯示如圖

1-11 所示：

圖1-11 通道B 震蕩電壓輸出程序運(yùn)行狀態(tài)示意圖

顯示信息和前文靜態(tài)輸出基本一致，存在不同的地方是頂部中央的運(yùn)行程序

指示標(biāo)簽顯示的是“Oscillation"，表示當(dāng)前為震蕩模式輸出。

同時(shí)程序運(yùn)行期間，左側(cè)的程序信息欄也會(huì)進(jìn)行相關(guān)信息的顯示，并且會(huì)在

電壓曲線上顯示震蕩波形，如圖1-12 所示：

圖1-12 通道B 震蕩模式程序信息欄顯示

1.4.1 占空比參數(shù)解釋及使用

前文提到震蕩模式下，存在一個(gè)占空比參數(shù)需要進(jìn)行設(shè)置。占空比指的是在

一個(gè)震蕩周期內(nèi)，通電時(shí)間占總時(shí)間的比例，如下圖1-13：

圖1-13 占空比參數(shù)示意圖

假設(shè)震蕩周期為T ，一個(gè)周期內(nèi)通電時(shí)間為t ，則占空比duty 的計(jì)算方式為：

占空比為一個(gè)比例參數(shù)，不同占空比表示的一個(gè)周期內(nèi)的通電時(shí)間的長(zhǎng)短不同，

其中20%、50%、80%占空比的波形對(duì)比圖如圖1-14 所示：

圖1-14 不同占空比輸出波形示意圖

占空比為50%，因此設(shè)備上默認(rèn)數(shù)值為50%。

1.5 設(shè)備使用注意事項(xiàng)

1.5.1 文中圖片曲線與實(shí)際設(shè)備曲線存在差異

實(shí)際曲線顯示可能會(huì)與文中圖片存在些許差異，這是上下位機(jī)程序設(shè)計(jì)的差

異，不影響正常使用，只要有震蕩波形或是靜態(tài)波形顯示即可。

1.5.2 程序運(yùn)行期間參數(shù)修改注意事項(xiàng)

程序運(yùn)行過程中，如果需要進(jìn)行參數(shù)修改，需要先點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)通道的“Stop"

按鈕，停止通道輸出，再點(diǎn)擊“Start"按鈕，重新打開通道輸出。

因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行過程中是不會(huì)對(duì)界面上的參數(shù)進(jìn)行讀取的，只有在程序啟動(dòng)的

時(shí)候才會(huì)導(dǎo)入界面參數(shù)。所以在程序運(yùn)行過程中如果直接對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，是不

會(huì)直接生效的，一定要先暫停通道輸出，再重新啟動(dòng)對(duì)應(yīng)通道的輸出。