1.本发明涉及一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，属于微波生物效应领域。
背景技术：2.电子信息技术的迅猛发展推动着人类社会的快速进步。随着基于微波传输电信技术的产品如手机、无线热点wi-fi及智能家居的广泛普及，特别是第五代移动通信技术(5g)正式进入生活，公众时刻都处于复杂的微波环境下，其对健康的影响越来越成为科学家和公众关注的话题。微波与神经系统相互作用被认为是评估微波生物效应最有前景的研究热点之一。神经元是组成神经系统的基本单位，是一切神经活动的基础，所以研究微波对于神经系统的影响，首先要着眼于研究微波对于神经元的影响。经调研，已经有利用辐照装置对微波辐照下神经元变化研究的多篇报道，但几乎所有的辐照装置都是在同一时间只能工作于单一频点，包括申请人发表的基于微电极阵列研究微波辐照状态下神经元实时放电的监测系统《zhao xuelong,liu qi,dong guofu,sun yunfei,zhou hongmei,wang changzhen.a compact,wide bandwidth real-time rf exposure setup based on microelectrode array,ieee microwave and wireless components letters,2020,30(12):1205-1208.》，而实际上公众一般生活工作于多种频率微波同时复合作用的复杂电磁环境下，已报道的研究不能有效说明多频复合微波复杂电磁环境相对于单一频率微波是否具有不同的生物学效应，急需设计一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统。
技术实现要素：3.针对上述问题，本发明目的旨在提供一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，该系统包括照射装置1、微电极阵列平台2，还包括：合路装置3和吸收负载4；
6.所述合路装置3是由n个微波产生单元通过n-1个同轴三通连接件33与n-1个合成通道34构成，每个所述微波产生单元包括一个带通滤波器31和一个信号发生器30，每个带通滤波器31的输入端通过一个微波线缆连接一个信号发生器30，其输出端连接一个馈入通道32，n≥2；
7.当n＝2时，两个所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32分别连接同轴三通连接件33横管的一端端口与竖管端口，照射装置1的输入端通过一个合成通道34连接同轴三通连接件33横管的另一端端口；
8.当n》2时，一个所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32连接同轴三通连接件33横管的一端端口，其他所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32连接同轴三通连接件33竖管端口，相邻两个同轴三通连接件33相对的横管
的端口通过一个合成通道34连接，与照射装置1相邻的同轴三通连接件33的横管端口通过一个合成通道34连接照射装置1的输入端；
9.所述吸收负载4，设置在照射装置1右侧，吸收通过照射装置1右侧传出的剩余微波能量。
10.进一步地，所述合路装置3中的带通滤波器31的中心频率均不相同。
11.进一步地，带通滤波器31的中心频率及工作带宽均在照射装置1工作带宽0-3ghz之间，且各工作带宽之间无重合部分。
12.进一步地，带通滤波器31可以为金属腔体带通滤波器、微带带通滤波器或介质带通滤波器。
13.进一步地，根据带通滤波器31的中心频率，调节与带通滤波器31对应的信号发生器30所产生的微波信号的频率。
14.进一步地，照射装置1的有效工作带宽为0-3ghz。
15.进一步地，吸收负载4为工作频率覆盖照射装置1有效工作带宽0-3ghz的商用匹配吸收负载。
16.进一步地，带通滤波器31、馈入通道32、同轴三通连接件33、合成通道34及信号发生器30的连接处均连接有商用同轴射频接头。
17.进一步地，微电极阵列平台2为用于监测神经元放电信号的平台，其上方留有开放口用于放置内部含有神经元22的培养基液的信号采集培养皿21；照射装置1置于微电极阵列平台2的上方，通过照射装置1的输入端注入的微波信号进入照射装置1，在照射装置1内部传输过程中会对信号采集培养皿21内部的神经元22进行辐照，通过微电极阵列平台2的监测功能对微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测。
18.进一步地，照射装置1是由部分切除的圆形同轴波导构成，其切除后留下的开口可以对外辐射微波。
19.本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：合路装置3的引入可以使多种频率微波互无干扰地复合，复合后的微波进入照射装置1后，利用微电极阵列平台2的监测功能可以对多频复合微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测，比较适用于模拟复杂电磁环境对离体神经元放电影响检测研究及应用场合。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
21.图1为背景技术《zhao xuelong,liu qi,dong guofu,sun yunfei,zhou hongmei,wang changzhen.a compact,wide bandwidth real-time rf exposure setup based on microelectrode array,ieee microwave and wireless components letters,2020,30(12):1205-1208.》公布的基于微电极阵列研究微波辐照状态下神经元实时放电的监测系统及局部剖面图；
22.图2为本发明模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统的示意图。
具体实施方式
23.图1为背景技术《zhao xuelong,liu qi,dong guofu,sun yunfei,zhou hongmei,
wang changzhen.a compact,wide bandwidth real-time rf exposure setup based on microelectrode array,ieee microwave and wireless components letters,2020,30(12):1205-1208.》公布的基于微电极阵列研究微波辐照状态下神经元实时放电的监测系统及局部剖面图。可以看到监测系统主要由一个照射装置1和一个微电极阵列平台2组成，照射装置1由部分切除的圆形同轴波导构成，其切除后留下的开口可以对外辐射微波；微电极阵列平台2为用于监测神经元放电信号的平台，其上方留有开放口用于放置信号采集培养皿21，信号采集培养皿21内部为含有神经元22的培养基液。照射装置1置于微电极阵列平台2的上方，通过照射装置1的输入端注入的微波信号进入照射装置1，在照射装置1内部传输过程中会对信号采集培养皿21内部的神经元22进行辐照，通过微电极阵列平台2的监测功能对微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测，剩余微波能量会通过照射装置1右侧传出。但是此系统在同一时间只能工作于单一频点，而实际上公众一般生活工作于多种频率微波同时复合作用的复杂微波环境下，利用此系统的研究不能有效说明多频复合微波相对于单一频率微波是否具有不同的生物学效应。
24.图2为本发明提供的一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统示意图。监测系统包括照射装置1、微电极阵列平台2、合路装置3及吸收负载4。
25.照射装置1为发明人已发表文献中的照射装置，其有效工作带宽为0-3ghz。吸收负载4为工作频率覆盖0-3ghz的商用匹配吸收负载。
26.微电极阵列平台2为商用用于监测生物组织放电信号的微电极阵列平台。
27.所述合路装置3是由n个微波产生单元通过n-1个同轴三通连接件33与n-1个合成通道34构成，每个所述微波产生单元包括一个带通滤波器31和一个信号发生器30，每个带通滤波器31的输入端通过微波线缆连接一个信号发生器30，其输出端连接一个馈入通道32，n≥2。
28.当n＝2时，两个所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32连接同轴三通连接件33横管的一端端口与竖管端口，照射装置1的输入端通过一个合成通道34连接同轴三通连接件33横管的另一端端口。
29.当n》2时，一个所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32连接同轴三通连接件33横管的一端端口，其他所述微波产生单元中带通滤波器31输出端通过一个馈入通道32连接同轴三通连接件33竖管端口，相邻两个同轴三通连接件33相对的横管的端口通过一个合成通道34连接，与照射装置1相邻的同轴三通连接件33的横管端口通过一个合成通道34连接照射装置1的输入端。
30.带通滤波器31可以为金属腔体带通滤波器、微带带通滤波器或介质带通滤波器。
31.在本发明中，所述合路装置3中的带通滤波器31的中心频率，均设计在照射装置1工作带宽0-3ghz之间。为了实现多种频率微波互无干扰地复合，所述合路装置3中的带通滤波器31的中心频率均不相同。
32.本发明的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统中，根据带通滤波器31的中心频率，调节与带通滤波器31对应的信号发生器30所产生的微波信号的频率。并且本发明的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统中，一个信号发生器30工作或多个信号发生器30同时工作，从而实现单频微波或多频复合微波切换。
33.参照图2，本发明的一个实施例中，所述合路装置3中，按照从左到右的顺序分别为
中心频率f1且工作带宽f10-f11的带通滤波器311、中心频率f2且工作带宽f20-f21的带通滤波器312、中心频率f3且工作带宽f30-f31的带通滤波器313
…
中心频率fn且工作带宽fn0-fn1的带通滤波器31n；馈入通道32按照从左到右的顺序分别为长度为l1的馈入通道321、长度为l2的馈入通道322、长度为l3的馈入通道323
…
长度为ln的馈入通道32n；合成通道34按照从左到右的顺序分别为长度为d1的合成通道341、长度为d2的合成通道342、长度为d3的合成通道343
…
长度为d(n-1)的合成通道34(n-1)。
34.参照图2，本发明的一个实施例中，按照从左到右的顺序分别为产生f1频率微波信号的信号发生器301、产生f2频率微波信号的信号发生器302、产生f3频率微波信号的信号发生器303
…
产生fn频率微波信号的信号发生器30n。
35.其中，设置各带通滤波器31的工作带宽f10-f11、f20-f21、f30-f31
…
fn0-fn1均在照射装置1工作带宽0-3ghz之间，并且各工作带宽之间无重合部分，l1、l2
…
l(n-1)、ln、d1、d2
…
d(n-1)均大于0。
36.在本发明中，以上所有带通滤波器31、馈入通道32、同轴三通连接件33、合成通道34及信号发生器30的连接处均连接有商用同轴射频接头。
37.在本发明中，馈入通道32及合成通道34均由商用微波线缆构成，信号发生器30为商用微波信号发生器。
38.本发明系统的使用过程如下：
39.将放置神经元22的信号采集培养皿21置于微电极阵列平台2内部；由信号发生器301产生f1频率微波信号，信号发生器302产生f2频率微波信号
…
信号发生器30n产生fn频率微波信号，微波信号通过对应的带通滤波器311、312
…
31n及馈入通道321、322
…
32n输入到对应的同轴三通连接件33中，经同轴三通连接件33后通过合成通道34最终将复合信号注入照射装置1，在照射装置1内部传输过程中会对信号采集培养皿21内部的神经元22进行辐照，通过微电极阵列平台2的监测功能对多频复合微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测，剩余微波能量会通过照射装置1右侧的吸收负载4吸收。
40.通过电磁仿真软件hfss对整个监测系统进行三维建模，以各带通滤波器31在各自工作带宽内反射系数均小于-20db且互相干扰均低于-15db为目标进行仿真优化，可以获得l1、l2
…
l(n-1)、ln、d1、d2
…
d(n-1)的精确值。
41.以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化及变型，因此所有等同技术方案也属于本发明的保护范畴。
技术特征：1.一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，该系统包括照射装置(1)、微电极阵列平台(2)，其特征在于，还包括：合路装置(3)和吸收负载(4)；所述合路装置(3)是由n个微波产生单元通过n-1个同轴三通连接件(33)与n-1个合成通道(34)构成，每个所述微波产生单元包括一个带通滤波器(31)和一个信号发生器(30)，每个带通滤波器(31)的输入端通过一个微波线缆连接一个信号发生器(30)，其输出端连接一个馈入通道(32)，n≥2；当n＝2时，两个所述微波产生单元中带通滤波器(31)输出端通过一个馈入通道(32)分别连接同轴三通连接件(33)横管的一端端口与竖管端口，照射装置(1)的输入端通过一个合成通道(34)连接同轴三通连接件(33)横管的另一端端口；当n>2时，一个所述微波产生单元中带通滤波器(31)输出端通过一个馈入通道(32)连接同轴三通连接件(33)横管的一端端口，其他所述微波产生单元中带通滤波器(31)输出端通过一个馈入通道(32)连接同轴三通连接件(33)竖管端口，相邻两个同轴三通连接件(33)相对的横管的端口通过一个合成通道(34)连接，与照射装置(1)相邻的同轴三通连接件(33)的横管端口通过一个合成通道(34)连接照射装置(1)的输入端；所述吸收负载(4)，设置在照射装置(1)右侧，吸收通过照射装置(1)右侧传出的剩余微波能量。2.如权利要求1所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，所述合路装置(3)中的带通滤波器(31)的中心频率均不相同。3.如权利要求2所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，带通滤波器(31)的中心频率及工作带宽均在照射装置(1)工作带宽0-3ghz之间，且各工作带宽之间无重合部分。4.如权利要求3所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，带通滤波器(31)可以为金属腔体带通滤波器、微带带通滤波器或介质带通滤波器。5.如权利要求1所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，根据带通滤波器(31)的中心频率，调节与带通滤波器(31)对应的信号发生器(30)所产生的微波信号的频率。6.如权利要求1所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，照射装置(1)的有效工作带宽为0-3ghz。7.如权利要求6所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，吸收负载(4)的工作频率覆盖照射装置(1)的有效工作带宽0-3ghz。8.如权利要求1所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，通过电磁仿真软件hfss对整个监测系统进行三维建模，获得带通滤波器(31)输出端连接的馈入通道(32)的长度以及每个合成通道(34)的长度。9.如权利要求1所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，微电极阵列平台(2)为用于监测神经元放电信号的平台，其上方留有开放口用于放置内部含有神经元(22)的培养基液的信号采集培养皿(21)；照射装置(1)置于微电极阵列平台(2)的上方，通过照射装置(1)的输入端注入的微波信号进入照射装置(1)，在照射装置(1)内部传输过程中会对信号采集培养皿(21)内部的神经元(22)进行辐照，通过微电极阵列平台(2)的监测功能对微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测。
10.如权利要求9所述的模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，其特征在于，照射装置(1)是由部分切除的圆形同轴波导构成，其切除后留下的开口可以对外辐射微波。
技术总结本发明涉及一种模拟复杂电磁环境下神经元放电响应监测系统，属于微波生物效应领域。该系统包括照射装置、微电极阵列平台、合路装置和吸收负载；合路装置是由n个微波产生单元通过n-1个同轴三通连接件与n-1个合成通道构成，每个微波产生单元包括一个带通滤波器和一个信号发生器，每个带通滤波器输入端通过微波线缆连接信号发生器，其输出端连接一个馈入通道，n≥2；吸收负载设置在照射装置右侧，吸收照射装置右侧传出的剩余微波能量。本发明实现了多种频率微波互无干扰地复合，利用微电极阵列平台对多频复合微波辐照下的神经元放电响应进行实时监测，适用于模拟复杂电磁环境对离体神经元放电影响检测研究及应用场合。神经元放电影响检测研究及应用场合。神经元放电影响检测研究及应用场合。
技术研发人员：赵雪龙 王长振 周红梅 董国福 刘琦 路浩 马丽贞 李志慧 魏倩
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院军事医学研究院
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
