基于直流电刺激的细胞生长培养系统的研究

论文摘要

直流电刺激具有促进细胞生长和引导细胞趋向的作用。对组织细胞进行刺激可以改变可兴奋细胞对Na+(或Ca2+)通透性,从而产生动作电位,使其内部的Na+、K+ 离子通道发生变化引起内部环境的改变,最终改变细胞的状态。直流电刺激的方法在促进骨折愈合,神经纤维生长,感染性创伤治疗,促进植物生长等方面,已得到了广泛的应用。但是对于微量直流电刺激的很多方面的应用尚缺乏细致的定量研究以确定最佳电流强度和密度。在对组织细胞进行直流电刺激时,在组织细胞内部会发生各种物理和化学的变化,使得组织细胞内部的环境发生改变。其中组织细胞的电阻变化是检测组织细胞内环境改变的一个指标。检测该指标的变化趋势对于进一步定量研究微量直流电刺激能够起到重要的指导作用。借助该指标的整个变化趋势和变化过程可以初步确定适合组织细胞生长培养的最佳电流强度和密度。本文正是从该理论基础出发,论证了实现微安级直流电刺激的离体组织细胞生长培养实验系统的可行性, 提出了用于刺激实验的软硬件系统的开发放案,并对采集数据的定量和定性的分析作了初步的探讨,希望通过实验能够初步确定适合该组织细胞生长培养的最佳刺激电流和最佳刺激时间。本文设计了一套实验系统来对离体组织细胞实行不同电流强度和不同时间下的刺激,对采集到的特征数据进行分析、保存和显示。该系统采用基于微电流恒流源、PIC 单片机和异步串行传输接口的硬件结构,使用方便、选择性强、性能稳定等优点。在软件设计方面,作者采用Visual Basic6.0 语言实现了上位机系统的系统管理、串口数据通信、数据分析、波形显示和数据库等几个主要功能模块。已完成的细胞直流电刺激实验系统软件控制系统具有以下特点: （1）可根据用户需求选择刺激电流的强度、刺激时间和刺激的通道,同时还可对采样频率进行选择; （2）系统软件操作界面友好、美观; （3）参数设置时控制按钮的光标可以方便、快速地在各输入框间切换,并使不能操作的选项失效,减少误操作; （4）对采集到的特征数据可进行数据分析,并对分析数据进行波形显示; （5）提供了该软件的安装程序。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 本课题研究的目的和研究内容
• 1.2.1 本课题研究的目的
• 1.2.2 论文规划
• 2 电刺激技术的理论研究
• 2.1 电刺激方法的生理学理论基础
• 2.2 直流电刺激方法原理简介
• 2.3 直流电的生物物理作用与生物化学作用
• 2.3.1 电泳与电渗
• 2.3.2 酸碱度改变
• 2.3.3 改变组织含水量
• 2.3.4 细胞膜通透性变化
• 2.3.5 组织兴奋性变化
• 2.4 直流电生理作用与治疗作用
• 2.4.1 促进局部小血管扩张和加强组织营养
• 2.4.2 对神经系统和骨骼肌的影响
• 2.4.3 其他反应及治疗作用
• 2.4.4 直流电药物离子导入疗法
• 2.5 直流电刺激的具体应用
• 2.5.1 直流电刺激在骨不连、骨折上的应用
• 2.5.2 直流电刺激在植物生长方面的应用
• 2.6 直流电刺激方法
• 3 系统硬件设计
• 3.1 系统总体结构
• 3.2 恒流源电路
• L'>3.2.1 恒流源电流的相对误差δI_L
• 0'>3.2.2 恒流源内阻R₀
• 3.3 刺激通道选择电路、刺激电流选择电路
• 3.4 电源电路设计
• 3.5 单片机系统设计
• 3.5.1 单片机的选择
• 3.5.2 单片机系统接口电路设计
• 3.5.3 单片机系统软件设计
• 3.6 异步通信
• 3.6.1 USART 异步发送器
• 3.6.2 USART 异步接收器
• 3.7 系统抗干扰设计和安全性
• 3.7.1 电路设计的硬件抗干扰
• 3.7.2 单片机设计的软件抗干扰
• 3.8 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 开发平台
• 4.2 需求分析
• 4.2.1 系统总体设计框图
• 4.3 概要设计
• 4.3.1 模块说明
• 4.4 详细设计
• 4.4.1 程序流程图
• 4.5 数据库的设计
• 4.5.1 VB 中的数据访问
• 4.5.2 VB 数据库体系结构
• 4.5.3 数据库操作功能
• 4.6 数据库中表的设计
• 4.7 软件测试
• 4.7.1 软件测试的目的
• 4.7.2 软件测试的生命周期
• 4.7.3 测试方法和流程
• 4.8 安装程序的制作
• 5 系统界面
• 5.1 欢迎界面
• 5.2 初始参数设定界面
• 5.3 系统刺激参数设置
• 5.4 数据库操作界面
• 5.4.1 数据库查找操作界面
• 6 系统标定
• 6.1 系统测试数据
• 6.2 恒流源内阻测量电路
• 6.3 测试结论
• 6.4 波形显示
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 后续研究工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书