膜片钳技术的兴起,使人们对细胞膜离子通道的门控动力学特性有了深入的认识,极大地促进了相关应用。为了实现更方便地控制细胞膜电位,提高效率,降低成本,本论文设计并研制了一款基于LabVIEW的膜片钳系统,该系统包括膜片钳放大器硬件电路以及相应控制软件的设计与实现;本研究期望最终实现一个简易便携的硬件系统,并利用LabVIEW软件设计虚拟仪器控制界面,对硬件电路提供灵活的刺激信号并进行数据处理。首先,本文根据膜片钳技术原理,设计出一款可以进行单通道记录和全细胞记录模式的膜片钳放大器,主要包括以下四个电路模块:(1)探头放大电路(反馈电阻为500MΩ或50GΩ);(2)控制信号生成电路,包括直流电压/电流信号、方波发生器和外部控制信号3个子模块;(3)容阻补偿电路,包括电极阻抗测试、串联电阻补偿和电容补偿电路3个子模块;(4)信号调理电路,包括直流偏移调整、高频补偿、电压增益控制、信号放大和输出滤波等子模块电路。这款膜片钳放大器可以进行电极阻抗测试,具有电压钳和电流钳两种工作模式,能够在电压钳制时记录离子通道电流,在电流钳制时记录细胞膜电位。然后,本文利用LabVIEW软件设计了相应的软件程序,包括控制信号的生成和数据处理模块,使钳制电压和电流信号可在计算机上方便快捷地设置,弥补了硬件电路中控制信号单一、操作繁琐的不足,同时也实现了对膜片钳放大器采集到的离子通道电流或细胞膜电压信号进行波形显示、分析和保存的功能。结果表明,本文设计的膜片钳系统电极阻抗测试误差为5%;控制信号生成程序可以产生任意周期和时长的刺激波形,能对钳制幅值进行任意次数遍历,遍历参数可根据需要进行设置;数据处理模块可以实现波形的显示、滤波、分析和储存。