现如今,随着细胞培养技术和半导体微加工技术的发展,采用细胞芯片对活细胞进行无损、长时程检测的细胞传感器得到了广泛的应用。尤其是微电极阵列传感器(microelectrode array sensor, MEA)、细胞阻抗传感器(electric cell-substrate impedance sensor, ECIS)以及光寻址电位传感器(light addressable potentiometric sensor, LAPS)等胞外检测方法已成为在细胞水平上实时、动态研究细胞代谢活动和进行药物研究的重要手段。但传统的细胞生理检测仪器只能对单一的细胞生理参数进行分析,对于综合评价细胞、药物或环境是远远不够的。为此,我们研制了多参数细胞生理自动分析仪,该仪器可以同时检测集成MEA、ECIS和LAPS三种传感器的新型细胞生理检测芯片,实现在细胞水平上分析药物对细胞的作用,并对细胞的多种生理参数进行检测。本文的主要任务是开发多参数细胞生理自动分析仪器的软件系统,通过同时检测集成芯片的信号,分析得到有关的细胞生理参数。软件系统结合多参数细胞生理自动分析仪器,可以实时动态长时程采集、记录和分析细胞的各项生理参数。软件按照功能分为五大模块：MEA模块、ECIS模块、LAPS模块、环境监控模块和流路分析模块。MEA模块可以检测生长在MEA芯片表面的细胞动作电位,记录细胞电活动；ECIS模块依靠叉指电极检测细胞阻抗变化,从而反映出细胞生长、贴附、增殖、凋亡的过程,以及药物对细胞活性的影响等参数；LAPS模块通过检测光生电流变化,可以计算出细胞外环境中各种离子浓度的改变,用以反映细胞代谢状况；环境监控模块可以实时监控细胞培养环境中温度、湿度和CO2体积浓度的各种变化,并精确控制培养环境,保证细胞正常稳定生长；流路分析模块通过控制流路分析系统配合仪器完成培养液和药物的自动进样以及清洗,实现细胞生理参数的自动化检测与分析。软件在界面上也比传统的数据采集软件有了很大提高,整体框架基于Microsoft.NET Framework 3.5开发,可以支持Microsoft Windows系列的多种操作系统平台。采用多任务的处理方式,使多种功能可以并行检测,真正实现了多参数综合检测分析。通过模块化和面向对象的设计理念,将底层的各个功能模块封装,极大的扩展了软件的适用范围,并降低了二次开发难度。此外,本文研究了基于细胞生理多参数检测的自动识别算法。针对MEA检测,设计了动作电位峰值自动检测辨识算法,利用移动窗积分的方法实现了实时峰值检测与提取。针对ECIS检测,设计了细胞指数与药物半数抑制浓度的自动判别算法,利用LOGIT模型结合最小二乘法拟合,可以实现在线药物半数抑制浓度计算。针对LAPS检测,设计了自动检测I-V曲线工作点的算法,通过多次样条插值与平滑积分滤波相结合的方法,确定I-V曲线的工作点,并计算出离子浓度变化。合理利用上述算法,可以实时研究药物对细胞动作电位形态和时长的影响,药物对细胞生长状态和细胞数量的影响,以及对细胞代谢的作用,实现了细胞生理多参数的准确辨识和预测,对于药物筛选和化合物研究都有重要的意义。通过该仪器对实际药物和细胞的检测实验,验证了实时峰值提取算法在信噪比为1.5至3.5时的准确率均超过90%,并计算出了检测阈值的合理取值范围；利用半数抑制浓度自动判别算法计算出阿霉素针对大鼠心肌细胞的IC50曲线；通过分析自动工作点检测算法在多种离子条件下的误差,确定30mV为最佳采样间隔,此时的相对误差为13.5±1.9%。通过对仪器稳定性和算法正确性进行了细致的验证和改进,以及对实验结果的合理分析,验证了软件系统的稳定性和算法的有效性。