细胞传感器是将固定化的生物活体细胞在外界刺激下产生的电化学变化转换成电系统可以检测到的电信号的这样一种装置,它由两级换能器组成,第一级换能器即前述的生物活体细胞,第二级换能器是被细胞所贴附的半导体器件。根据细胞传感器检测的细胞生理参数的不同,常见的二级换能器有微电极阵列(Microelectrodes Array, MEA),细胞阻抗传感器(Electric Cell-substrate Impedance Sensor, ECIS),光寻址细胞电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor, LAPS)等。在进行细胞生理实验时,传统的细胞微生理参数检测仪器只能检测细胞的单一生理参数的变化,对细胞生理活动机制的揭示并不全面,为此研制了一种多功能集成细胞传感器芯片,并基于该芯片开发了一套多功能细胞微生理计器,本文的主要任务是介绍针对该自动分析仪的软件系统。软件系统集成了MEA、ECIS、LAPS三个细胞生理参数的检测模块、样本的流路控制模块、细胞检测环境的控制模块以及数据处理模块共六大模块。细胞生理参数的检测模块可以实时采集、保存并显示细胞生理参数的数据,这些数据具体包括由MEA检测到的细胞胞外动作电位变化,由ECIS检测到的细胞阻抗的变化以及由LAPS检测到的光生电流的变化。通过对这些参数的检测,可以直接或间接地反映细胞的电生理活动、细胞的生长、贴附、增殖和凋亡以及细胞的代谢情况。样本的流路控制模块主要负责样本的进样和废液的清洗,软件系统提供可由用户操作的流路控制界面,实现流路的自动控制。细胞检测环境的控制模块可实时显示环境的温度、湿度和CO2的监测曲线并提供报警功能,保证细胞实验的顺利进行。数据处理模块提供在线的数据处理,包括数据的回放、细胞代谢率的计算、细胞指数的计算和IC50的拟合。软件系统的设计语言采用C#,整体框架基于Microsoft.NET Framework4.0,可以支持Windows XP/Vista/Windows7等多种操作系统平台,软件的设计器采用具有更高视觉品质的WPF(Windows Presentation Foundation),系统采用分层架构集成了前述的六大功能模块,便于软件的后续升级开发。本文还研究了细胞生理参数的智能识别算法。通过研究比较细胞动作电位信号的处理算法,设计了算法复杂度较低的信号去噪、锋电位提取和离散小波变换分类的方法并成功应用到实验数据的处理中,优化了光寻址细胞传感器自动查找工作电压的算法,实现了细胞阻抗转化为细胞指数以及药物半数抑制浓度的算法。最后进行了细胞实验对软件系统的功能和稳定性进行了测试。将小鼠味觉细胞分别受乙醚、乙醇和丁二酮的刺激后的电位响应信号采用锋电位提取和分类的算法将三种不同的信号区分开来,其效果优于常用的主成分分析分类法且分类效果基本不受噪声的影响,为智能识别奠定基础。通过细胞指数值反映出活化的肝星状细胞在药物作用前后细胞贴附情况的改变从而实现对药物的评价。采用Ca2+Cl-,K+三种离子,共九个浓度梯度的溶液标定光寻址细胞传感器,验证了自动查找工作点算法在精确度和执行时间两方面的可行性。