多触发模式程控无线光遗传装置

1.本实用新型涉及光遗传学领域，特别涉及一种多触发模式程控无线光遗传装置。


背景技术：

2.光遗传学技术是一种通过结合光学技术、遗传学技术以及电子信息工程技术来精确控制细胞活动的全新多学科交叉动物技术。利用光遗传学技术，神经科学研究者能够深入探究一个核团内各个神经元之间的位置与关系，了解多个核团之间内在的相互作用，从而对脑结构和神经系统的构造功能具有更清晰的认识，因为该技术在神经科学、细胞动物学、信号通路等研究领域得到越来越广泛的应用。除了基础的神经元结构研究，利用光遗传技术和一些动物疾病模型，可以探究活体条件下，常见神经性疾病如帕金森综合症、抑郁症等的脑病理改变，了解其内在的神经元病理变化，并掌握相关疾病的治疗效果，为最终解决临床的神经性疾病提供多方位的治疗策略。
3.光遗传学技术一经推出就成了神经科学界的研究热点，被各个实验室广泛用于各种脑科学研究。经过几年的发展，光遗传学得到了快速的发展，然而对于光遗传器件的研发生产，都还处于相对简单的起步阶段。
4.目前常见的光遗传器件多为有线装置，利用大型激光器发射激光并由光纤传输刺激光，由于管线限制和重量影响，动物自身的活动受到较大的限制，从而无法区分是由于光遗传作用还是由于头顶管线限制对于小鼠的行为产生影响，无法得出有效实验结论。另一方面，现有的装置无法实现光刺激的可调控制，且系统功能简单，无法满足多场景下的动物实验。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多触发模式程控无线光遗传装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多触发模式程控无线光遗传装置，包括控制信号发生器和与所述控制信号发生器无线通信连接的无线光遗传探针；
7.所述控制信号发生器包括第一电源、控制器、与所述控制器连接的信号发生器、与所述信号发生器连接的驱动放大器、与所述驱动放大器连接的信号输出端口、与所述驱动放大器连接的外部触发端口和与所述驱动放大器连接的第一红外发射器；
8.所述无线光遗传探针包括安装块和设置在所述安装块上的用于插入试体的脑部的探针，所述安装块上设置有第二电源、红外接收器、与所述红外接收器连接的信号处理器、与所述信号处理器连接的电压比较器、与所述电压比较器连接的led驱动器以及与所述led驱动器连接的发光二极管，所述探针将所述发光二极管发出的光传输至试体的脑部，进行光遗传刺激。
9.优选的是，所述控制信号发生器还包括与所述信号输出端口连接的第二红外发射
器。
10.优选的是，所述红外接收器用于接收所述第一红外发射器和第二红外发射器发出的信号。
11.优选的是，所述第二红外发射器包括安装板以及设置在所述安装板上的呈不同大小的同心圆布置的若干红外发射灯管。
12.优选的是，该多触发模式程控无线光遗传装置还包括实验箱，所述第二红外发射器设置在所述实验箱上方。
13.优选的是，所述第一电源为5v直流电源。
14.优选的是，所述第二电源为5v锂电池。
15.优选的是，该多触发模式程控无线光遗传装置还包括与所述控制器连接的控制面板。
16.本实用新型的有益效果是：
17.本实用新型的多触发模式程控无线光遗传装置采用无线红外遥控控制，结构小巧、控制准确可靠、控制范围大，探针采用集成设计，轻便无负担，不对动物活动形成限制，适合长时间观测实验；
18.本实用新型在实现远距离无线光遗传控制的基础上，进一步扩展系统功能，设计控制器和外部触发端口，能实现多触发模式程控输入，使系统整体调节控制更多样，方便使用。
19.本实用新型通过设置第一红外发射器和第二红外发射器，能够方便不同需求的光遗传学实验，满足多场景动物实验。
附图说明
20.图1为本实用新型的多触发模式程控无线光遗传装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型的无线光遗传探针的结构示意图；
22.图3为本实用新型的第二红外发射器的结构示意图；
23.图4为本实用新型的第二红外发射器的俯视图；
24.图5为本实用新型的实施例2中的多触发模式程控无线光遗传装置的结构示意图；
25.图6为本实用新型的实施例2中的多触发模式程控无线光遗传装置的使用示意图；
26.图7为本实用新型的实施例3中的多触发模式程控无线光遗传装置的结构示意图；
27.图8为本实用新型的实施例3中的多触发模式程控无线光遗传装置的使用示意图；
28.图9为本实用新型的实施例4中的多触发模式程控无线光遗传装置的结构示意图；
29.图10为本实用新型的实施例4中的多触发模式程控无线光遗传装置的使用示意图。
30.附图标记说明：
31.1—控制信号发生器；10—第一电源；11—控制器；12—信号发生器；13—驱动放大器；14—信号输出端口；15—外部触发端口；16—第一红外发射器；17—第二红外发射器；170—安装板；171—红外发射灯管；
32.2—无线光遗传探针；20—安装块；21—探针；22—第二电源；23—红外接收器；24—信号处理器；25—电压比较器；26—led驱动器；27—发光二极管；
33.3—实验箱；
34.4—程控信号发生器。
具体实施方式
35.下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
36.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
37.实施例1
38.参照图1-4，本实施例的一种多触发模式程控无线光遗传装置，包括控制信号发生器1和与控制信号发生器1无线通信连接的无线光遗传探针2；
39.控制信号发生器1包括第一电源10、控制器11、与控制器11连接的信号发生器12、与信号发生器12连接的驱动放大器、与驱动放大器连接的信号输出端口14、与驱动放大器连接的外部触发端口15和与驱动放大器连接的第一红外发射器16；
40.无线光遗传探针2包括安装块20和设置在安装块20上的用于插入试体的脑部的探针21，安装块20上设置有第二电源22、红外接收器23、与红外接收器23连接的信号处理器24、与信号处理器24连接的电压比较器25、与电压比较器25连接的led驱动器26以及与led驱动器26连接的发光二极管27，探针21将发光二极管27发出的光传输至试体的脑部，进行光遗传刺激。
41.在优选的实施例中，控制信号发生器1采用一体式设计，结构小巧轻便。
42.在优选的实施例中，控制信号发生器1还包括与信号输出端口14连接的第二红外发射器17。红外接收器23用于接收第一红外发射器16和第二红外发射器17发出的信号，从而实现无线光遗传探针2与控制信号发生器1之间的无线通信连接。
43.在优选的实施例中，第二红外发射器17包括安装板170以及设置在安装板170上的呈不同大小的同心圆布置的若干红外发射灯管171。该多触发模式程控无线光遗传装置还包括实验箱3，第二红外发射器17设置在实验箱3上方。
44.第一红外发射器16连接在控制信号发生器1上，可以手持第一红外发射器16对准动物脑部激活探针21发光，实现手动跟随。第二红外发射器17可固定在实验箱3上方，能够实现大范围、长距离、广角度信号发射，便于开展长时间、大范围的动物光遗传实验。在优选的实施例中，第二红外发射器17通过外部电源单独供电。通过第一红外发射器16和第二红外发射器17可以实现两种信号输出方式：点对点手动跟随方式和面对点的大范围覆盖的方式，两种方式可以单独使用，也可以联合同时使用，能够保证信号的传输稳定性，也进一步扩展了系统的功能特点及适用范围。
45.第一电源10用于为控制信号发生器1中的各元件进行供电，在优选的实施例中，第一电源10为5v直流电源。第二电源22用于为无线光遗传探针2中的各元件进行供电，在优选的实施例中，第二电源22为5v锂电池。
46.在优选的实施例中，该多触发模式程控无线光遗传装置还包括与控制器11连接的控制面板。控制面板上设置有用于控制信号发生器1输出信号的频率、占空比的按钮，从而可以通过控制面板、控制器11输入程控信号，以实现对该多触发模式程控无线光遗传装置
的控制。进一步的优选的实施例中，外部触发端口15可接外部信号源(外部程控信号发生器4)实现外部程控信号接入，从而能够实现该多触发模式程控无线光遗传装置的两种模式的程控。
47.驱动放大器用于将信号发生器12发出的信号和外部触发端口15接入的信号放大后输出，可直接输出至第一红外发射器16以控制第一红外发射器16工作，或者通过信号输出端口14输出至第二红外发射器17以控制第二红外发射器17工作。
48.在优选的实施例中，发光二极管27可以发出波长470nm的蓝光、520nm的绿光和580nm的黄光。
49.在优选的实施例中，无线光遗传探针2中的各元件采用微型器件，以保证小型化。进一步优选的实施例中，无线光遗传探针2采用防水防潮封装，可以适应不同实验环境。
50.装置整体的工作原理为：无线光遗传探针2的探针21插入试体脑部，无线光遗传探针2固定在试体上；
51.信号发生器12发出的信号和/或外部触发端口15接入的信号经驱动放大器放大后直接传输至第一红外发射器16或者通过信号输出端口14输出至第二红外发射器17，以发出信号；
52.红外接收器23接收到第一红外发射器16和/或第二红外发射器17发出的信号后，将信号传输至信号处理器24进行预处理，通过电压值比较控制led驱动器26工作，然后通过led驱动器26驱动发光二极管27工作，探针21再将发光二极管27发出的光传输至试体的脑部，进行光遗传刺激。
53.其中，控制信号发生器1和无线光遗传探针2中的各电子元件均可采用常规产品，本实用新型的重点是多触发模式程控无线光遗传装置整体结构和功能的改进。例如在一种可选的实施例中，
54.控制器11采用stm32f407系列芯片、信号发生器12采用stm32f103系列芯片、驱动放大器采用ad8367可变增益放大器、第一/第二红外发射器17采用f5直插红外发射管(5mm)、红外接收器23采用hs0038一体化红外接收头、信号处理器24采用ad8367可变增益放大器、电压比较器25采用lm311p差分电路电压比较器25、led驱动器26采用lm3402led驱动芯片。
55.以上为本实用新型的总体构思，以下在其基础上提供进一步详细的实施例。
56.实施例2
57.参照图5-6，本实施例中，采用信号发生器12产生触发信号，并由第一红外发射器16实现信号无线发射。
58.本实施例中，通过控制面板可以对信号发生器12发出的信号的频率、占空比调等参数进行调节，信号经过驱动放大器放大后驱动第一红外发射器16发射信号，第一红外发射器16安装在控制信号发生器1前端，可以手持对准动物脑部传递信号。动物头部固定安装无线光遗传探针2，由红外接收器23接收信号传递给信号处理器24进行预处理，预处理后的信号由电压比较器25做电压比较后传递驱动信号给led驱动其使发光二极管27发光，探针21将光信息导入动物体脑部，实现光遗传刺激。本实施例系统结构简单，操作方便、灵活，采用无线红外遥控控制，控制准确可靠，探针21采用集成设计，轻便无负担，适用于小型动物箱内的短时光遗传验证实验。
59.实施例3
60.参照图7-8，本实施例中，采用信号发生器12产生触发信号，并由第二红外发射器17实现信号无线发射。
61.本实施例中，通过控制面板可以对信号发生器12发出的信号的频率、占空比调等参数进行调节，信号经过驱动放大器放大后由信号输出端口14传递至第二红外发射器17，驱动第二红外发射器17发射信号，第二红外发射器17能够实现大范围的信号传递，例如在一种实施例中，第二红外发射器17能够在4-6米距离的扇形范围内向红外接收器23传递信号。动物头部固定安装无线光遗传探针2，由红外接收器23接收信号传递给信号处理器24进行预处理，预处理后的信号由电压比较器25做电压比较后传递驱动信号给led驱动其使发光二极管27发光，探针21将光信息导入动物体脑部，实现光遗传刺激。本实施例系统结构简单，操作方便、灵活，采用无线红外遥控控制，控制准确可靠，探针21采用集成设计，轻便无负担；结合外部红外发射器使用，实现大范围、长距离、广角度的光遗传信号传递，便于开展长时间、大范围的动物光遗传实验。
62.实施例4
63.参照图9-10，本实施例中，通过外部触发端口15外接一个程控信号发生器4来产生触发信号，并由第二红外发射器17实现信号无线发射。
64.本实施例中，触发信号主要通过外部的程控信号发生器4来进行参数调节，信号由外部触发端口15输入，信号经过驱动放大器放大后由信号输出端口14传递至第二红外发射器17，驱动第二红外发射器17发射信号，第二红外发射器17能够实现大范围的信号传递。动物头部固定安装无线光遗传探针2，由红外接收器23接收信号传递给信号处理器24进行预处理，预处理后的信号由电压比较器25做电压比较后传递驱动信号给led驱动其使发光二极管27发光，探针21将光信息导入动物体脑部，实现光遗传刺激。本实施例系统结构简单，操作方便、灵活，采用无线红外遥控控制，控制准确可靠，探针21采用集成设计，轻便无负担；结合外部程控信号发生器4使用，可以对控制信号的频率、占空比、作用时间、频率变化范围、速度等各项参数实现编程，为光遗传技术中光刺激信号特点对动物的影响探究提供了系统支持；结合外部红外发射器使用，能实现大范围、长距离、广角度的光遗传信号传递，便于开展长时间、大范围的动物光遗传实验。
65.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
66.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。