CN207528685U - 一种基于stm32的细胞力学特性测试仪 - Google Patents
一种基于stm32的细胞力学特性测试仪 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于STM32的细胞力学特性测试仪，包括石英晶体接受装置、频率产生部分、频率采集部分和微机处理部分，所述石英晶体接受装置包括石英晶体和膜电极；所述频率产生部分由振荡电路、滤波电路和AGC控制电路组成，所述振荡电路、滤波电路和AGC控制电路依次连接，所述石英晶体接受装置通过电导线与振荡电路连接，所述频率采集部分包括频率/电压转换电路，所述微机处理部分包括STM32芯片及其外接口，所述频率/电压转换电路通过电导线与STM32芯片连接。本实用新型采用一种非侵入和无标记的测试方式，实现实时、连续、长期测试，可以适合细胞群，实现对细胞功能的研究与定量测试。
Description
技术领域
本发明涉及细胞力学特性测试仪器，具体是一种基于STM32的细胞力学特性测试仪。
背景技术
石英晶体微天平(QCM)技术是20世纪60年代发展起来的一种传感器测量技术，广泛用于分子生物学、微量化学、环境科学等检测领域。它是利用晶体的压电效应，将石英晶体电极上极小的质量变化转换成可以测量的振动频率的变化。有关研究表明，细胞粘附过程的任何时间，所产生或施加晶体所受的表面应力或细胞牵引力ΔS(单位为dyn/cm)，都将引起石英晶体产生频移Δf。从而为石英晶体测试细胞力学特性提供了相关的理论依据。
细胞的力学特性是研究生物生理活动等方面的重要参数，目前依然没有针对细胞力学特性测试的专用仪器设备。传统的动物细胞力学研究的方法有主动方法和被动方法：主动方法是通过向细胞施加一定作用力或者负载来观察细胞形变大小的方法，如原子力显微镜(AFM)、磁性镊子和磁扭仪(MTC)、微管吸吮、光镊、剪切流和拉伸装置；被动方法是采用粒子捕获微流变技术可在不施加应力下实现活细胞粘弹性的测定，但需要向细胞质注入荧光亚微光粒子。传统的动物细胞力学方法存在一定的局限性：①大多非无损，需要对细胞施加一定的作用力而实现测定，而外力作用下会导致复杂的细胞响应；②大多仅能测但细胞力学性能，不适合细胞群；③很难区分不同细胞结构的力学性能；④不能实现对细胞力学参数的无损、长期监测而实现对细胞功能的研究与定量测试。
因此，迫切需要一种非侵入、无标记和实时、连续、高速的测试仪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于STM32的细胞力学特性测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于STM32的细胞力学特性测试仪，其特征在于，包括石英晶体接受装置、频率产生部分、频率采集部分和微机处理部分，所述石英晶体接受装置包括石英晶体和膜电极，所述石英晶体带有石英晶体传感器，所述膜电极覆在石英晶体上，所述石英晶体和膜电极之间连接有金属触片，所述金属触片朝内面与膜电极接触；所述频率产生部分由振荡电路、滤波电路和AGC控制电路组成，所述振荡电路、滤波电路和AGC控制电路通过电导线依次连接，所述石英晶体接受装置通过电导线与振荡电路连接，所述频率采集部分包括频率/电压转换电路，所述频率/电压转换电路通过电导线与AGC控制电路连接，所述微机处理部分包括STM32芯片及其外接口，所述频率/电压转换电路通过电导线与STM32芯片连接。
作为本发明进一步的方案：所述微机处理部分STM32芯片外接口与液晶显示屏和存储器EPROM连接。
作为本发明进一步的方案：所述微机处理部分STM32芯片外接口包括通信接口，所述通信接口为RS232接口。
作为本发明进一步的方案：所述石英晶体为AT切的石英晶体。
石英晶体接受装置：其作用是将细胞活动的力学特征转换为电信号，工作过程：将细胞培养液均匀覆盖在膜电极上，细胞活动产生力使石英晶体产生电信号，从膜电极引出。
频率产生部分：这部分的作用是产生一个幅值稳定的频率信号，工作过程：将细胞培养液均匀涂在石英晶体上，石英晶体受力产生电信号，石英晶体传感器接收电信号，使振荡电路产生频率偏移，通过滤波电路将混杂着的无用频率信号衰减掉，通过AGC(自动增益)控制技术使频率信号的幅值稳定。从而产生一个幅值稳定、频率与细胞生物力特征呈正比的频率信号。
频率采集部分：这部分的作用是将频率信号转换为呈比例的电压值，便于微机系统接收。它由频率/电压转换电路LM331构成，电路输出电压值Uo与输入频率信号fi按如下关系换算：
从而将频率信号转换为电压值。
微机处理部分：其作用是对接收的电压值进行换算、分析处理、存储和显示。包括STM32芯片、液晶显示屏、存储器EPROM和RS232接口。STM32芯片将接收的电压值还原为频率值，进行统计分析、计算处理，结果以图形、表格等形式提呈给用户，并存储。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明针对性强，专门针对细胞行为信息进行检测，而细胞生长在液态的培养液中，且细胞引起晶体频移慢，处理的数据量不庞大，所以采用了STM32F103C8微处理器，运算速度快，信息及时处理，能驱动图形显示。
2、本发明采用一种非侵入和无标记的测试方式，实现实时、连续、长期测试，可以适合细胞群，实现对细胞功能的研究与定量测试。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明石英晶体接受装置示意图，图中，1-石英晶体，2-膜电极，3-金属触片
图3为本发明石英晶体接受装置实物图
图4为本发明测试得到的频率特性曲线图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
如图1，一种基于STM32的细胞力学特性测试仪，包括石英晶体接受装置、频率产生部分、频率采集部分和微机处理部分，所述石英晶体接受装置包括石英晶体和膜电极，所述石英晶体带有石英晶体传感器，所述膜电极覆在石英晶体上，石英晶体为AT切石英晶体，如图2，所述石英晶体1和膜电极2之间连接有金属触片3，所述金属触片3朝内面与膜电极2接触；所述频率产生部分由振荡电路、滤波电路和AGC控制电路组成，所述振荡电路、滤波电路和AGC控制电路通过电导线依次连接，所述石英晶体接受装置通过电导线与振荡电路连接，所述频率采集部分包括频率/电压转换电路，所述频率/电压转换电路通过电导线与AGC控制电路连接，所述微机处理部分包括STM32芯片、液晶显示屏和存储器EPROM以及RS232接口，所述频率/电压转换电路通过电导线与STM32芯片连接，所述STM32芯片通过电导线与液晶显示屏、存储器EPROM和RS232接口连接。
应用动物心肌细胞做了相关实验：恒温恒湿条件下，将细胞培养液置于石英晶体接受装置的膜电极表面，测试细胞培养液的石英晶体频率；稳定后，往细胞培养液中加入培养好的动物心肌细胞，测试频率变化情况；通过加入细胞后产生的频移Δf计算细胞活动产生力的动态变化曲线，测试仪得到的频率特性曲线如图4所示。
从实验情况来看，细胞培养液中加入动物心肌细胞后产生了频移，依据频移的大小和方向可以算出细胞活动产生的力学特性，从而验证了测试仪的可行性。由于细胞活动的特点，数据的采集过程比较缓慢。
本发明原理：将细胞培养液覆盖在石英晶体的膜电极上，通过石英晶体接受装置和频率产生部分，将细胞粘附过程中产生的力转换成为频率信号，然后通过频率转换部分，将检测到的频率信号转换为电压值，输入微机处理器部分；最后微机处理部分对电压值进行换算、分析处理、存储、按用户需求进行显示。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于STM32的细胞力学特性测试仪，其特征在于，包括石英晶体接受装置、频率产生部分、频率采集部分和微机处理部分，所述石英晶体接受装置包括石英晶体和膜电极，所述石英晶体带有石英晶体传感器，所述膜电极覆在石英晶体上，所述石英晶体和膜电极之间连接有金属触片，所述金属触片朝内面与膜电极接触；所述频率产生部分由振荡电路、滤波电路和AGC控制电路组成，所述振荡电路、滤波电路和AGC控制电路通过电导线依次连接，所述石英晶体接受装置通过电导线与振荡电路连接，所述频率采集部分包括频率/电压转换电路，所述频率/电压转换电路通过电导线与AGC控制电路连接，所述微机处理部分包括STM32芯片及其外接口，所述频率/电压转换电路通过电导线与STM32芯片连接。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的细胞力学特性测试仪，其特征在于，所述微机处理部分STM32芯片外接口与液晶显示屏和存储器EPROM连接。
3.根据权利要求1所述的基于STM32的细胞力学特性测试仪，其特征在于，所述微机处理部分STM32芯片外接口包括通信接口，所述通信接口为RS232接口。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的细胞力学特性测试仪，其特征在于，所述石英晶体为AT切的石英晶体。
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| CN107907588A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-04-13 | 湖南农业大学 | 一种基于stm32的细胞力学特性测试仪 |
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