在生物醫(yī)療測(cè)試由“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”邁向“精準(zhǔn)量化”的進(jìn)程中，微弱生物電/磁/聲信號(hào)必須被高保真地放大到足以驅(qū)動(dòng)換能器或刺激組織的功率量級(jí)。功率放大器正是在這一鏈條中扮演“隱形引擎”的角色：它既把實(shí)驗(yàn)室里的函數(shù)發(fā)生器等的信號(hào)進(jìn)行提升，又保證波形、頻率和相位不失真，為后續(xù)測(cè)量提供可重復(fù)的邊界條件。

一、微流控與單細(xì)胞操控：從“看得見”到“抓得住”

圖：功率放大器在微流控芯片中操控液滴充電分選實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

皮升級(jí)液滴在千赫茲交變電場(chǎng)中的融合、分裂與分選，需要在微電極上施加幾十伏、上百毫安的精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)利用信號(hào)發(fā)生器、ATA-2161高壓放大器、高壓直流電源和高速相機(jī)搭建了液滴充電分選測(cè)試平臺(tái)。信號(hào)發(fā)生器輸出充電脈沖信號(hào)，通過ATA-2161功率放大器放大后施加至充電電極，實(shí)現(xiàn)液滴的電荷積累。高壓直流電源產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，引導(dǎo)帶電液滴定向偏轉(zhuǎn)至目標(biāo)通道。高速相機(jī)監(jiān)控液滴生成與分選過程，熒光檢測(cè)系統(tǒng)用于評(píng)估分選精度與細(xì)胞活性，驗(yàn)證系統(tǒng)的高效率和高活性。

二、介電電泳（DEP）與稀有細(xì)胞富集：頻率掃描的“電子篩”

圖：功率放大器在介電電泳微流控芯片研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)中通過螺絲刀將微流控芯片固定在定制的3D打印基座上，保證實(shí)驗(yàn)過程中微流控芯片的位置不會(huì)發(fā)生移動(dòng)；含有PCB的外部讀出線圈節(jié)點(diǎn)固定于可以精細(xì)調(diào)解Z軸間距的Z軸控制器（調(diào)節(jié)精度0.01mm），用于精細(xì)調(diào)節(jié)讀出線圈節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)中平面方形線圈之間的垂直距離。整個(gè)裝置放置于顯微鏡載物臺(tái)上，顯微鏡上方的相機(jī)通過USB接口與電腦連接，用于實(shí)時(shí)對(duì)微流控芯片進(jìn)行觀測(cè)記錄。

三、光-電-聲多模態(tài)刺激：行為與神經(jīng)環(huán)路解析

在光遺傳與超聲神經(jīng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)中，聲光驅(qū)動(dòng)平臺(tái)需同步輸出聲（0.5MHz脈沖）、光（470nm20mW）、電（雙極脈沖5mA）三種刺激。ATA-2022H雙通道功率放大器以1μs級(jí)延遲同步放大兩路任意波形，用于誘發(fā)小鼠高血壓模型，實(shí)驗(yàn)組血壓上升30mmHg可重復(fù)性CV<8%。

選型與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

帶寬-功率權(quán)衡：DEP用MHz級(jí)，超聲用kHz-MHz級(jí)；微流控kHz以內(nèi)。

負(fù)載阻抗匹配：感性（線圈）、容性（壓電）或阻性（電極）決定輸出級(jí)拓?fù)洹?/p>

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

從微流控芯片的單細(xì)胞操控，到聚焦超聲的無創(chuàng)治療，功率放大器已貫穿“信號(hào)生成-能量傳遞-生物響應(yīng)-信息反饋”全鏈路。隨著寬禁帶半導(dǎo)體、數(shù)字預(yù)失真與AI自適應(yīng)控制技術(shù)的融入，功率放大器將在更高的頻率、更小的體積與更低的噪聲下，繼續(xù)推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療與再生醫(yī)學(xué)的邊界。

審核編輯 黃宇