本申请涉及生物，具体而言，涉及一种用于细胞的监测与电场干预装置。
背景技术：
1、细胞培养广泛应用于生物技术工业、制药工业以及科学研究，基于细胞的高度复杂生产或研究过程，对关键过程进行实时感知并在必要时采取干预措施，是提高产品质量或科学研究效率的重要环节，同时，目前对细胞进行电场调控已被提出，例如肿瘤治疗电场(tumor-treating fields,ttfields)技术，其是一种新型无创治疗癌症的物理疗法，通过对肿瘤细胞施加低强度(1-3v/cm)的中频交变电场(100-500khz)破坏有丝分裂过程，可以达到抑制肿瘤细胞增殖的效果；又或者是经颅磁刺激技术，其通过交边磁场激励大脑，在脑内产生感应电场，进而达到调节神经活动的目的。因此，对细胞培养过程进行监测与电场干预具有重要意义。
2、近年来，各种用于细胞监测的传感和成像技术被提出和研究。现有生物过程传感和成像技术，主要是电学方法(阻抗谱)和光学方法(拉曼光谱和显微镜成像)。与光学方法相比，阻抗谱可以提供更好的细胞特性表征，然而常用的阻抗谱方法通常使用两个电极测量，缺乏空间分辨率，eit允许无破坏性、实时、连续、无标签、定性甚至定量可视化的时空分辨率，这些特性使eit成为一种很有前途的细胞成像和生物过程监测技术。
3、但是，目前对细胞进行电场干预的装置通常也仅仅具备电场干预功能，同时难以实时监控所施加电场在细胞培养装置中的实际分布，同时具备实施监测与空间电场调控的细胞装置设计存在挑战性。
技术实现思路
1、为了克服现有细胞监测与电场干预装置的技术挑战，解决传统阻抗谱在细胞培养监测中的空间分辨率不足，电场干预空间设置灵活性不高等问题，本申请提供了一种用于细胞的监测与电场干预装置。
2、本申请的实施例是这样实现的：
3、第一方面，本申请提供一种用于细胞的监测与电场干预装置，包括：
4、主控单元：用于数据处理与控制装置的运行；
5、电场干预单元：用于产生电场激励；
6、电阻抗扫描单元：用于对装置内的细胞及培养液进行电阻抗测量与电阻抗图像重建；
7、温度监测与调节单元：用于装置内的多点温度监测与调节；
8、供能单元：用于装置整体运行的电能供应；
9、通讯单元：用于装置整体的对外通讯，包含无线通讯与有限通讯方式；
10、监测干预一体化电极：用于装置内的电场干预输出、电阻抗信号测量与温度监测与调节，采用复用设计。
11、在一种可能的实现方式中，所述电场干预单元包括电场发生转换模块、电场输出参数测量模块及电场调理输出模块；
12、电场发生转换模块用于生成相关电场干预波形；
13、电场调理输出模块用于将电场发生转换模块生成的电场波形分配给相应的监测干预一体化电极进行信号输出。
14、在一种可能的实现方式中，所述电阻抗扫描单元包括细胞电阻抗信息重建模块及电阻抗测量模块；
15、电阻抗测量模块用于电阻抗测量激励信号生成与电阻抗信号测量，
16、细胞电阻抗信息重建模块用于依据电阻抗信号采集结果进行电阻抗信息重建。
17、在一种可能的实现方式中，所述细胞电阻抗信息重建模块获取从监测干预一体化电极中的电阻抗信息后，以拉普拉斯和稀疏联合正则化算法进行立体三维细胞电阻抗重建，拉普拉斯和稀疏联合正则化算法采用单个频率的测量信号，而后可通过电阻抗测量模块施加不同频率的测量信号，测量不同频率下的生物阻抗，并利用它们重建与生物组织特性相关的多频电导率分布图像。
18、在一种可能的实现方式中，在所述装置中，所述监测干预一体化电极可采用纯金属电极，也可采用陶瓷与金属复合电极，也可采用陶瓷线圈电极，所述监测干预一体化电极放置于装置内底部与内侧面。
19、在一种可能的实现方式中，在所述装置中，进行电场激励或电阻抗测量可任意选用内底部与内侧面电极进行。
20、在一种可能的实现方式中，在所述装置中，装置底部为透光片，透光片可替换。
21、在一种可能的实现方式中，所述主控单元采用fpga或mcu芯片，所述主控单元能够对电场输出与电阻抗测量之间的装置运行参数进行设定、监测细胞培养装置内的温度、控制反馈调节装置内温度，并判断这些信息是否正常，如果不正常则对系统的运行做出控制。
22、在一种可能的实现方式中，所述供能单元需要为多个其它单元供电，所述供能单元的供电来源是220v市电，通过整流桥转换为直流，并通过一些电源转换芯片或dc-dc芯片将电压转换为特定值，同时供能单元具有工频滤波功能以降低工频干扰。
23、在一种可能的实现方式中，所述温度监测包括温度信号监测模块和温度调节模块，基于环境温度或者电极发热会导致的细胞培养液的温度变化，从而使电导率变化，为了保持培养液工作时温度恒定或者能够进行温度/电导率补偿，需要进行温度监测与控制，能够通过温度传感器进行温度监测，全面评估培养皿内各区域温度分布情况，布置温度传感器阵列，将温度传感器集成到每一个电极中，包括侧面电极和底部电极。
24、本申请提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：
25、本申请提供的用于细胞的监测与电场干预装置，通过集成了细胞电阻抗监测与电场干预功能，可实时监测细胞在电场干预下的生长状态，且装置底部为透光与可替换设计，可在电场干预过程中结合光学电镜等手段实时便捷观察细胞状态，且装置整体可重复性使用，只需替换底部透光片，同时安装方便；
26、本申请还通过电阻抗测量电极与电场干预电极复用，可以提高对细胞的三维电阻抗成像精度，同时提供了灵活的电场干预模式设置，并且集成了温度监测与控制功能，可实时监测和调节装置的温度变化，保证安全性。
1.一种用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述电场干预单元包括电场发生转换模块、电场输出参数测量模块及电场调理输出模块；
3.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述电阻抗扫描单元包括细胞电阻抗信息重建模块及电阻抗测量模块；
4.如权利要求3所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述细胞电阻抗信息重建模块获取从监测干预一体化电极中的电阻抗信息后，以拉普拉斯和稀疏联合正则化算法进行立体三维细胞电阻抗重建，拉普拉斯和稀疏联合正则化算法采用单个频率的测量信号，而后可通过电阻抗测量模块施加不同频率的测量信号，测量不同频率下的生物阻抗，并利用它们重建与生物组织特性相关的多频电导率分布图像。
5.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，在所述装置中，所述监测干预一体化电极可采用纯金属电极，也可采用陶瓷与金属复合电极，也可采用陶瓷线圈电极，所述监测干预一体化电极放置于装置内底部与内侧面。
6.如权利要求3所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，在所述装置中，进行电场激励或电阻抗测量可任意选用内底部与内侧面电极进行。
7.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，在所述装置中，装置底部为透光片，透光片可替换。
8.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述主控单元采用fpga或mcu芯片，所述主控单元能够对电场输出与电阻抗测量之间的装置运行参数进行设定、监测细胞培养装置内的温度、控制反馈调节装置内温度，并判断这些信息是否正常，如果不正常则对系统的运行做出控制。
9.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述供能单元需要为多个其它单元供电，所述供能单元的供电来源是220v市电，通过整流桥转换为直流，并通过一些电源转换芯片或dc-dc芯片将电压转换为特定值，同时供能单元具有工频滤波功能以降低工频干扰。
10.如权利要求1所述的用于细胞的监测与电场干预装置，其特征在于，所述温度监测包括温度信号监测模块和温度调节模块，基于环境温度或者电极发热会导致的细胞培养液的温度变化，从而使电导率变化，为了保持培养液工作时温度恒定或者能够进行温度/电导率补偿，需要进行温度监测与控制，能够通过温度传感器进行温度监测，全面评估培养皿内各区域温度分布情况，布置温度传感器阵列，将温度传感器集成到每一个电极中，包括侧面电极和底部电极。
