細胞電刺激培養系統

細胞電刺激系統是為各種生理電刺激需求而設計的?？梢灾苯邮褂贸Ｒ幜装暹M行細胞電刺激實驗。六個同步輸出通道，可以在恒定電流和恒壓模式之間切換?？梢詫Χ鄠€樣品孔進行不同參數設置。

直流電刺激具有促進細胞生長和引導細胞趨向的能力。通過對組織細胞的電刺激，可以改變可興奮細胞對鈉離子或者鈣離子的通透性，從而產生動作電位，引起內部環境的改變，最終改變細胞的狀態。在對組織細胞進行直流電刺激時，會發生各種物理和化學的變化，導致組織細胞內部的環境發生改變。

細胞電刺激設備簡介（電壓款）

細胞電刺激設備分為兩部分（如圖1-1 所示）：控制盒以及培養腔室。培養

腔室中可以放置六孔培養皿進行細胞培養。

圖1-1 電刺激設備

設備控制器可以對兩個電壓通道進行控制（CHANNEL-A 和CHANNEL-B），設

備培養腔室右側共有六個開關，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）。設備控制邏輯圖及實物圖如圖1-2 和圖1-3 所示：

圖1-2 電刺激設備控制邏輯圖

圖1-3 電刺激設備實物對應圖

注意：用戶進行通道設置輸出后，一定要打開對應培養腔室的開關，否則將

沒有電壓輸出。

1.2 細胞電刺激設備主界面

電刺激設備接通電源后將直接進入主界面，主界面如圖1-4 所示。

圖1-4 電刺激設備主界

主界面左側主要負責程序運行信息顯示，包含電壓可視化曲線（VOLTAGE

VISUALIZATION）以及程序信息（PROGRAM INFORMATION）。右側負責進

行程序參數設置。圖1-4 中右側顯示的是輸出通道的運行時間設置。點擊右下角

的“<<Setting"按鈕則會彈出電壓控制參數設置選項卡（如圖1-5），點擊選項

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

及震蕩電壓（Oscillation）參數設置。選項卡可以通過點擊底部按鈕進行通道切

換。

圖1-5 電刺激設備電壓參數設置界面示意圖

主界面中通道A 的信息均使用紅色進行標注，通道B 的信息則使用藍色進

行標注。因此使用設備進行參數設置的時候，可以利用顏色確認當前設置的參數

是否為需要的通道。

1.3 靜態電壓輸出

靜態電壓輸出分為三步：

1、設置輸出電壓。

2、設置輸出時間。

3、啟動通道輸出。

以通道A 為例，假設用戶需要輸出10V 靜態電壓，持續時間為一小時。首

先需要點擊“<<Setting"按鈕打開設備參數設置界面，在“CHANNEL-A"選項

卡中的“STATIC"一欄進行輸出電壓設置。需要注意的是，輸入欄參數是以“mV"

為單位，因此需要輸入的數值為“10000"。輸入結果如圖1-6 所示。

圖1-6 靜態電壓輸入示意圖

完成輸入后，點擊右下角的“>>"按鈕關閉參數輸入界面，回到主界面。

設置完成電壓參數后，在主界面的“CHANNEL A"一欄輸入時間參數，并

點擊“Start"按鈕，程序便會開始執行。程序開始運行后，會在界面上進行相關

提示，其含義如下所示：

圖1-7 通道A 靜態電壓輸出程序運行狀態示意圖

①：運行狀態顯示，程序運行時背景為紅色，并顯示“RUN"字樣。

②：運行程序指示標簽。靜態電壓輸出時會顯示“Static Voltage"。

③：當前運行時間顯示，用于顯示當前通道程序已經運行的時間。

④：程序開始按鈕。

⑤：程序停止按鈕。

程序運行期間，左側會同時進行曲線以及輸出電壓顯示，顯示結果如下圖所示：

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電壓輸出步驟基本相同，也分為三步：

1、設置輸出電壓。

2、設置輸出時間。

3、啟動通道輸出。

以通道B 為例，假設用戶需要輸出5V 的震蕩電壓，頻率為5Hz，持續時間

為一小時。首先需要點擊“ <<Setting " 按鈕打開設備參數設置界面， 在

“CHANNEL-B"選項卡中點擊“Oscillation"欄右側的“Enable"勾選框，使能

通道B 的震蕩模式，使能后程序會自動解鎖相關參數輸入框的權限（如圖1-9）。

圖1-9 震蕩電壓使能結果示意圖

震蕩模式參數分為三部分內容：

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）。占空比一般無需修改，默認為50%，這個參數

在下文1.4.1 小節會進行解釋。

圖1-10 通道B 震蕩參數輸入完成示意圖

完成參數設置后，點擊“>>"按鈕回到主界面，在“CHANNEL B"一欄輸

入時間參數，并點擊“Start"按鈕，程序便會開始執行。程序運行期間顯示如圖

1-11 所示：

圖1-11 通道B 震蕩電壓輸出程序運行狀態示意圖

顯示信息和前文靜態輸出基本一致，存在不同的地方是頂部中央的運行程序

指示標簽顯示的是“Oscillation"，表示當前為震蕩模式輸出。

同時程序運行期間，左側的程序信息欄也會進行相關信息的顯示，并且會在

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 占空比參數解釋及使用

前文提到震蕩模式下，存在一個占空比參數需要進行設置。占空比指的是在

一個震蕩周期內，通電時間占總時間的比例，如下圖1-13：

圖1-13 占空比參數示意圖

假設震蕩周期為T ，一個周期內通電時間為t ，則占空比duty 的計算方式為：

占空比為一個比例參數，不同占空比表示的一個周期內的通電時間的長短不同，

其中20%、50%、80%占空比的波形對比圖如圖1-14 所示：

圖1-14 不同占空比輸出波形示意圖

占空比為50%，因此設備上默認數值為50%。

1.5 設備使用注意事項

1.5.1 文中圖片曲線與實際設備曲線存在差異

實際曲線顯示可能會與文中圖片存在些許差異，這是上下位機程序設計的差

異，不影響正常使用，只要有震蕩波形或是靜態波形顯示即可。

1.5.2 程序運行期間參數修改注意事項

程序運行過程中，如果需要進行參數修改，需要先點擊對應通道的“Stop"

按鈕，停止通道輸出，再點擊“Start"按鈕，重新打開通道輸出。

因為程序運行過程中是不會對界面上的參數進行讀取的，只有在程序啟動的

時候才會導入界面參數。所以在程序運行過程中如果直接對參數進行修改，是不

會直接生效的，一定要先暫停通道輸出，再重新啟動對應通道的輸出。