[发明专利]一种用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置

说明书

本发明公开了一种用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置，主要由电磁线圈、电磁铁铁芯、电源控制模块、实验平台、磁场检测探头、磁场检测装置、实验腔室、实验动物、脑电信号采集装置、摄录装置和远程监控计算机所组成。电磁铁采用螺线管电磁线圈中加入铁芯的方式，能有效增加了所产生磁场的磁感应强度；具有电源控制模块，可根据需求产生不同强度与稳定磁场；实验动物处于电磁铁上方而非电磁线圈内部，更有利于观察磁场加载后的动物行为和运动轨迹。本发明的装置可以方便实验人员灵活改变磁刺激的形式、持续时间，研究不同磁刺激对小动物行为的影响。

技术领域

本发明涉及生物医学技术领域，特别是一种用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置。

背景技术

磁刺激是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑)，改变皮质神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的非侵入式的研究和治疗方法。

磁刺激能够主动干预脑功能，这种特性使它成为研究正常脑和行为关系的特有技术，可以建立脑活动与任务完成之间的因果联系。通过改变磁刺激的参数(如刺激强度、刺激频率、刺激形式、刺激持续时间等)可以观测到不同的生理和心理效应。

目前磁刺激装置的主要刺激模式有单脉冲刺激模式、双脉冲刺激模式以及重复脉冲刺激模式，磁刺激装置多为产生低频脉冲电磁场的实验装置，而没有专用于实验动物磁遗传实验的稳定磁场加载装置；虽然目前可使用市场上现有的强磁永磁铁开展相关实验，但是产生的磁场大小或形式不可控，且磁场加载前后需将永磁铁手动放入或取出实验平台，操作十分不便。

因此，研发一种磁刺激频率、强度、信号形式可灵活改变的用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于小动物磁遗传实验的稳定磁场加载装置，能够根据实验需要调节实验动物所处装置中的磁感应频率、强度和信号形式，并具备摄录系统，能够记录实验动物在特定磁场强度下的行为和运动轨迹，与此同时，还可以实时采集实验动物对特定磁刺激时间的脑电信号，方便实验人员事后进行处理。

为达到上述目的，采用如下技术方案：

一种用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置主要由电磁线圈、电磁铁铁芯、电源控制模块、实验平台、磁场检测探头、磁场检测装置、实验腔室、实验动物、脑电信号采集装置、摄录装置和远程监控计算机所组成。

实验平台的材料为非磁性材料，最好使用工程塑料，且尽可能减小平台上表面的厚度，以便实验中能够达到更高的磁感应强度。实验平台内设有电磁铁和电源控制模块，其中电磁铁由电磁铁铁芯和缠绕在外缘的电磁线圈组成，且与实验平台内部的上壁贴合。电磁线圈一般采用铜线圈，电磁铁铁芯一般采用相对磁导率高的铁氧体材料。电磁线圈由电源控制模块连接供电，电源控制模块用于将交流的电源输入转换为直流电源，并调节输出适合实验的电压，输出电压的频率和幅度动态可编程，输出电压信号包括正弦波、方波、三角波等。

实验腔室为非磁性材料，采用PMMA、PC等透明材质工程塑料，以便于外界观察实验动物状态，实验腔室的底面区域应小于电磁铁顶面面积。实验腔室放置于实验平台上，且恰好处于电磁铁的正上方；磁场检测探头位于实验腔室内的底部，用于检测实验动物所处区域的磁感应强度；磁场检测装置处于腔室外部，并与磁场检测探头相连。

摄录装置嵌入于实验腔室的顶部，镜头垂直向下，可完整记录实验动物在磁场加载前后的行为和运动轨迹。

实验动物头部安装脑电信号采集装置，用以采集实验动物针对磁刺激事件的脑电信号，远程监控计算机通过无线方式控制电源控制模块产生磁刺激的形式并接收采集的脑电数据，无线通信方式可以是蓝牙、Zigbee、WIFI等形式，但是不仅局限于上述形式。

本发明一种用于小动物磁遗传实验的电磁加载装置工作原理如下：该装置有两种工作流程，即自检校准工作流程和正常工作流程。