高压功率放大器在贴壁细胞超声脱壁技术研究实验中的应用

实验名称：贴壁细胞超声脱壁技术研究实验

研究方向：超声震荡系统设计与适配、细胞脱壁技术的可行性验证、脱壁技术的关键参数优化

实验目的：本实验研究了一种超声震荡细胞脱壁方法，设计了综合考虑脱壁自动化应用需求和实验需求的超声换能单元，并以输入信号、瓶内液体、距离位置等控制参数为变量进行实验，探究了超声脱壁过程中各参数对脱壁效果的影响，得到了最佳脱壁效果的对应控制参数。

测试设备：

1、超声震荡系统：控制中心、信号发生器、高压功率放大器（ATA-4052）、示波器（DZ4000）、超声换能单元、直线滑台、步进电机、夹持器，实验框图如图1。

2、细胞实验相关设备：亮场显微镜、细胞培养箱、离心机、T75培养瓶、台盼蓝检测相关设备。

3、辅助设备与耗材：不同类型培养基、生理盐水、血清替代物、青链霉素、各类生长因子等。

图1超声震荡系统

实验过程：

超声震荡系统由控制中心、信号发生、信号检测、移动控制和超声震荡组成。控制中心操控信号发生和移动控制部分，控制信号发生器产生实验所需信号后，经高功率放大器(ATA-4052，Aigtek，中国)放大及示波器(DZ4000，rigol，中国)信号检测，然后输入超声换能单元。超声换能单元由4个超声波换能器(40k60，广源达，中国)正方形排列组成。直线滑台带动细胞培养瓶，通过调节贴壁细胞层与换能器的间距d，来调整细胞在超声能场中的位置。超声换能器上放置的凹槽负责承载超声波传导介质。

实验结果：

1、最佳参数确定：当超声换能器输入电压255V、超声频率159~161kHz扫频、超声时间2min、细胞与超声换能器距离3mm、震荡液体为12mL生理盐水时，T75瓶中细胞脱壁面积达95%，细胞成活率达70%，脱落效果参数K值达67%。

2、各参数影响规律：

（1）电压与细胞脱落率正相关、与细胞成活率负相关，增大电压可提高脱壁率但会加重细胞损伤，见图2。

（2）细胞脱落率与频率无线性关系，但频率越高细胞成活率越高，160kHz左右时脱壁效果最佳；同频率区间内，扫频脉冲的脱壁率高于持续脉冲和突发脉冲，见图3。

（3）细胞与超声装置距离3mm时脱壁效果最佳，过近（2mm）因物理接触增加细胞损伤，过远（4mm）脱壁率下降，见图4。

（4）瓶内液体为纯生理盐水时脱壁效果最优，含培养基的液体脱壁率较低；液体体积12mL（高度1.6mm）时，脱壁率与成活率综合表现最佳，见图5。

图2电压对细胞脱落影响

图3频率对细胞脱壁影响

图4距离对细胞脱壁影响

图5瓶内液体对细胞脱壁影响

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图：ATA-4052C高压功率放大器指标参数

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