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华中科技大学 硕士学位论文全自动膜片钳系统校准和测试的设计与实现 姓名:易敏 申请学位级别:硕士 专业:生物医学工程 指导教师:瞿安连 20060508 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 传统的膜片钳放大器系统完全采用手动调节各种参数,不仅复杂繁琐,而且大大降低了实验效率,因此自动化成为膜片钳放大器发展的必然趋势。
本文的主要工作是研究和设计全自动膜片钳放大器中关键的自动校准和自动测试部分。
自动校准能够准确获取膜片钳放大器参数,消除由于元器件(如探头反馈电阻、电流注入电容等)本身的离散性及分布参数对电路的影响,从而提高实验结果的精度。
自动测试则完成对放大器的全面检测,协助诊断系统硬件故障。
论文首先介绍了全自动膜片钳系统的主体结构和为实现软件对放大器的控制而对放大器电路的改进。
然后分析了放大器自动校准的必要性和校准的主要内容,并结合探头电路和四阶可编程滤波器电路详细介绍了自动校准的方法。
最后一部分分析了自动测试部分,并针对自动测试功能里的电极电压偏置电路、刺激通道和快电容补偿电路的测试进行了详细的分析和设计。
实验结果证明,校准后的参数能真实表现元器件的特性,从而保证实验数据的正确性。
测试结果能够反映出各个电路部分的电气特性,便于开发人员和用户快速准确的判断出膜片钳放大器是否出现故障及相应的故障点。
自动测试和自动校准的实现为整个膜片钳系统的自动化奠定了基础。
关键词:膜片钳放大器自动校准自动测试本论文工作由国家自然科学基金仪器项目资助(批准号:30327001) I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract In the traditional patch-clamp amplifier system many parameters were adjustedmanually it was complicated and inefficient for users. So automatization is the trend ofdevelopment of patch-clamp amplifier. This thesis describes the research and design of the automatic calibration and test ofthe computer-controlled patch-clamp amplifier which are key parts of developing thisinstrument. By the automatic calibration the values of parameters in the patch-clampamplifier can be determined the errors produced by the tolerances of electronic elementswere minimized and the precision of experiments can be improved. Furthermore by theautomatic test faults of the hardware can be diagnosed. First the background and development of patch-clamp amplifier are introduced. Thearchitecture of patch-clamp amplifier and the improvement of amplifier forcomputer-controlling are discussed. Then the necessary and the contents of the calibrationare analyzed and it is described in detail that the probe and the programmable filter werecalibrated. In the last part the automatic test of some key circuits such as the circuits ofelectrode voltage offset compensation the stimulus pathway and the fast capacitancecompensation are described in detail. The experimental result has demonstrated that the values of the parameters werecorrected and the precision of the instrument was ensured by the automatic calibration andit will be helpful and quicker using the automatic test that users and developers debug andmaintain the hardware of patch-clamp amplifier. In conclusion it is the precondition forfulfilling the computer-controlled patch-clamp amplifier that the automatic calibration andtest have been achieved.Keywords: Patch-Clamp Amplifier Automatic Test Automatic CalibrationThis work was supported by National Natural Science Foundation of China Grant