針對動物的無線遙控光刺激系統技術方案

一種針對動物的無線遙控光刺激系統，包括上位機、與所述上位機無線連接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括：控制單元、用于驅動發光單元發光的驅動單元、用于發出光線對光感基因細胞進行光刺激的發光單元以及供電單元。光纖模塊，通過光纖耦合接口與所述發光單元連接，所述發光單元、所述光纖耦合接口及所述光纖模塊安裝于動物體內。上述針對動物的無線遙控光刺激系統的光刺激器為無線連接佩戴式，避免了在實驗過程中實驗對象自由移動而造成容易纏繞進而折斷，降低了實驗失敗的風險，系統可靠。且發光單元通過光纖模塊及光纖耦合接口連接后植入動物體內，從而能夠深入刺激動物的深部核團，保證光刺激的有效性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及醫療器械，特別是涉及一種針對動物的無線遙控光刺激系統。
技術介紹
應用光遺傳學進行的活體動物實驗面臨的一個主要技術挑戰是外部光源傳輸到動物腦內的復雜度。目前普遍使用的光源是特定波長的激光器或LED光刺激器，通過連接光纖植入動物腦內。激光器本身價格高昂并體積較大，而光纖在動物自由活動的過程中容易纏繞進而折斷，增大了實驗失敗的風險。而LED光刺激器的供電也是難點之一，一般的采用耦合線圈通過電磁感應的無線供能方式，交變電流轉換為直流電后，存儲在超級電容器中，來為一個IW的LED供電，但是仍存在的問題是能量傳輸效率過低且不穩定；此外LED雖然是冷光源，但持續工作驅動電路本身的產熱也是不能回避的問題，容易導致熱量的堆積從而損害腦組織。另外采用LED作為刺激光源的一個問題在于，LED可以用來照射皮層，但難以用以刺激深部核團。
技術實現思路
基于此，有必要提供一種可靠的能夠深入刺激動物深部核團的針對動物的無線遙控光刺激系統。一種針對動物的無線遙控光刺激系統，包括上位機、與所述上位機無線連接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括:控制單元，接收所述上位機的控制指令以控制所述光刺激器工作；驅動單元，與所述控制單元連接，驅動包括LED燈的發光單元發光；發光單元，用于發出光線對光感基因細胞進行光刺激；光纖模塊，通過光纖耦合接口與所述發光單元連接，用于將發光單元發出的光信號傳輸至動物體內；所述發光單元、所述光纖耦合接口及所述光纖模塊安裝于動物體內；以及供電單元，為所述控制單元、驅動單元、發光單元供電。在其中一個實施例中，所述光纖模塊中的光纖的一端與所述LED燈相對并耦合，所述光纖將LED燈的光線自與LED相對的一端傳輸至另一端，用于照射動物體內的所述光感基因細胞。在其中一個實施例中，所述光纖模塊還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡設置于所述LED燈與所述光纖兩者相對的端面之間。在其中一個實施例中，所述光纖模塊還包括屏蔽盒和光纖調節器，所述LED燈設于所述屏蔽盒內側壁，所述光纖在所述屏蔽盒內與設有所述LED燈相對的側壁穿出；所述光纖調節器設置于所述屏蔽盒的外側壁并套設于所述光纖，所述光纖調節器用于調節所述光纖的端面與所述聚焦透鏡的距離。在其中一個實施例中，所述光纖調節器設有讀數，通過調節所述光纖調節器改變所述聚焦透鏡與所述光纖兩者相對的端面的距離并顯示讀數。在其中一個實施例中，所述聚焦透鏡包括多個單顆透鏡，所述多個單顆透鏡注塑形成一個具有多個平行排列的所述單顆透鏡的多透鏡模組。在其中一個實施例中，所述單顆透鏡為2飛個。在其中一個實施例中，所述光刺激器還包括溫度傳感器和散熱單元，所述溫度傳感器與所述控制單元連接用于檢測所述發光單元溫度值并反饋到所述控制單元；所述散熱單元與所述控制單元連接，所述控制單元根據所述溫度值控制所述散熱單元對所述發光單元散熱，且所述控制單元根據所述溫度值控制所述驅動單元改變其對所述發光單元的驅動功率。在其中一個實施例中，所述供電單元為鋰電池，所述散熱單元包括散熱片和風扇。在其中一個實施例中，所述上位機包括計算機和基站，所述計算機通過USB與所述基站連接通訊，所述基站和光刺激器均包括用于無線通訊的無線射頻設備。上述針對動物的無線遙控光刺激系統的光刺激器為無線連接佩戴式，避免了在實驗過程中實驗對象自由移動而造成容易纏繞進而折斷，降低了實驗失敗的風險，系統可靠。且發光單元通過光纖模塊及光纖耦合接口連接后植入動物體內，從而能夠深入刺激動物的深部核團，保證光刺激的有效性。另外，通過調節光纖深入或者退出屏蔽盒，由此便可以改變LED燈發出的發散光進入光纖的光強量，從而滿足對光感基因細胞的不同刺激程度；通過設置溫度傳感器檢測發光單元的溫度，控制單元根據該溫度控制散熱單元工作對發光單元散熱，降低了熱量的堆積從而減少了對實驗對象腦組織的損害。附圖說明圖1為一優選實施例中針對動物的無線遙控光刺激系統的模塊示意圖；圖2為一優選實施例中光纖模塊的結構不意圖；圖3為一優選實施例中聚焦透鏡和光纖的方位示意圖。具體實施例方式“光-基因技術體系”技術(Optogenetic Technology),利用病毒載體(通常用慢病毒或腺病毒)將一種從綠藻Chlamydomonas reinhardtii克隆出來的可以編碼光敏感型陽離子通道蛋白的基因(ChR2)導入某一特定的細胞亞群中表達，此通道蛋白受到波長為472nm的藍光刺激時，會使Na+離子進入細胞內引起胞膜去極化而興奮細胞。此外，另有一種從法老嗜鹽堿桿菌(Natruonobacterium pharaonis)提取出來的光調控的氯離子泵蛋白基因NpHR，其對波長為593nm的黃光敏感，將其克隆到某一細胞中表達后，在黃光刺激下該氯離子通道蛋白會使Cl—進入細胞而使胞膜復極化，從而使細胞回復靜息，這樣利用交替的藍光或黃光就可以在特定細胞亞群水平上控制細胞活性。這項技術具有空間上的細胞特異性(應用特定啟動子誘導相應基因在特定細胞群中表達)和時間上毫秒水平上的精確性，因此無論在科學研究，還是臨床藥物研發方面都具有很大的應用潛力。 使用病毒載體在動物的軀體感覺皮層左右兩側的胡須代表區和MFB (medialforebrain bundle，內側前腦束)特異性地轉入光敏感型陽離子通道蛋白基因(ChR2)。用藍光刺激轉入并表達ChR2通道蛋白的內側前腦束細胞，就會使這些地方的細胞去極化而興奮細胞。內側前腦束的受到光刺激而興奮時，使動物產生強烈性興奮性和愉悅性的感覺而向前奔跑。同理，光刺激轉入ChR2通道蛋白的左右兩側的軀體感覺皮層的胡須代表區，就可以使這些對應的腦區產生興奮性的作用。在軀體感覺皮層的兩側胡須代表區受到光刺激而興奮時，動物會產生遇到障礙物的錯覺從而其左轉和右轉。這樣利用光遺傳的方法，光刺激上述的三個腦區，激發這些腦區特定的細胞的產生興奮性的電活動，就可以達到對動物的導航控制。為此，如圖1所示，為一實施例提供的一種針對動物的無線遙控光刺激系統，可以給予動物腦部光刺激達到對動物的導航控制。該無線遙控光刺激系統包括上位機100、與上位機100無線連接的佩戴式光刺激器200 (以下稱光刺激器)。在本實施例中，光刺激器200固定在動物腦部頭部。光刺激器200通過無線模塊接收上位機100的控制，實驗人員可以根據需要，編寫特定的刺激序列來控制被光敏感基因改造過的大腦神經元的活動(即刺激光感基因細胞)，從而利用光感基因細胞的特異性調控動物的行為。上位機100包括計算機110和基站120，計算機110通過USB與基站120連接通訊，基站120和光刺激器200均包括用于無線通訊的無線射頻設備122。使用無線射頻設備122傳輸控制指令。計算機110開關指令和參數調節指令通過USB直接發送至基站120，基站120通過無線射頻設備122將該指令發送至具有無線射頻設備122接收端的佩戴式光刺激器200上。本實施例中，通過無線傳輸控制指令，使得在實驗過程中，動物佩戴光刺激器200后可以自由移動的同時不容易造成纏繞進而折斷，減低了實驗失敗的風險，因此佩戴式光刺激器200可靠性較高。光刺激器200還包括控制單元210、驅動單元220、發光單元230、光纖模塊235、溫度傳感器240、散熱單元250及供電單元260本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種針對動物的無線遙控光刺激系統，其特征在于，包括上位機、與所述上位機無線連接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括：控制單元，接收所述上位機的控制指令以控制所述光刺激器工作；驅動單元，與所述控制單元連接，驅動包括LED燈的發光單元發光；發光單元，用于發出光線對光感基因細胞進行光刺激；光纖模塊，通過光纖耦合接口與所述發光單元連接，用于將發光單元發出的光信號傳輸至動物體內；所述發光單元、所述光纖耦合接口及所述光纖模塊安裝于動物體內；以及供電單元，為所述控制單元、驅動單元、發光單元供電。

【技術特征摘要】
1.一種針對動物的無線遙控光刺激系統，其特征在于，包括上位機、與所述上位機無線連接的佩戴式光刺激器，所述光刺激器包括: 控制單元，接收所述上位機的控制指令以控制所述光刺激器工作； 驅動單元，與所述控制單元連接，驅動包括LED燈的發光單元發光； 發光單元，用于發出光線對光感基因細胞進行光刺激； 光纖模塊，通過光纖耦合接口與所述發光單元連接，用于將發光單元發出的光信號傳輸至動物體內；所述發光單元、所述光纖耦合接口及所述光纖模塊安裝于動物體內；以及 供電單元，為所述控制單元、驅動單元、發光單元供電。2.根據權利要求1所述的針對動物的無線遙控光刺激系統，其特征在于，所述光纖模塊中的光纖的一端與所述LED燈相對并耦合，所述光纖將LED燈的光線自與LED相對的一端傳輸至另一端，用于照射動物體內的所述光感基因細胞。3.根據權利要求2所述的針對動物的無線遙控光刺激系統，其特征在于，所述光纖模塊還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡設置于所述LED燈與所述光纖兩者相對的端面之間。4.根據權利要求3所述的針對動物的無線遙控光刺激系統，其特征在于，所述光纖模塊還包括屏蔽盒和光纖調節器，所述LED燈設于所述屏蔽盒內側壁，所述光纖在所述屏蔽盒內與設有所述LED燈相對的側壁穿出； 所述光纖調節器設置于所述屏蔽盒的外側壁并套設于所述光纖，所述光纖調節器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉楠，蔚鵬飛，周意，魯藝，王偉，王立平，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：