[发明专利]适用于膜片钳实验的离体视网膜光学刺激装置和方法无效
申请号: | 201110372933.X | 申请日: | 2011-11-22 |
公开(公告)号: | CN103134917A | 公开(公告)日: | 2013-06-05 |
发明(设计)人: | 徐国忠;张晓枫;黄丹飞;姜会林 | 申请(专利权)人: | 长春理工大学 |
主分类号: | G01N33/483 | 分类号: | G01N33/483 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 130022 *** | 国省代码: | 吉林;22 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 适用于 膜片 实验 体视 网膜 光学 刺激 装置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种用于视觉神经生物学的研究的装置和方法,尤其是能够为离体视网膜膜片钳电生理实验提供可编程的、高时空分辨率的光学刺激,属于科学仪器领域。
背景技术
现有膜片钳系统
膜片钳技术是一种能够记录单个细胞的一个或多个离子通道的电生理学实验技术。自上世纪80年代发明以来,膜片钳技术已经逐步推广到生理学、神经生物学和药理学等多个生物学的研究领域,并极大地推动了这些领域的发展。
一套实用的膜片钳系统不仅仅包括膜片钳放大器软硬件本身,还指包括微操纵器、前置放大器、模数/数模转换器、隔离器、刺激器、固定载物台显微镜、计算机等一系列组成单元在内的能够完成整个实验的装置系统。
其中,刺激器能够通过记录电极向受试样品施加电刺激,从而能够观察细胞在电刺激条件下的响应特性。
用于视网膜的膜片钳研究装置的特殊需求
视网膜是一种位于动物眼底的神经组织,它由多种分层分布的神经元和神经胶质细胞构成,这些细胞依次负责将光线和图像信息转化成生物电信号、完成复杂的信息运算处理、将处理所得的各种初级视觉信息向大脑传递。
视网膜与其它神经组织相比的特殊性在于:视网膜本身就是天然的光电转换和成像系统,它能够将视网膜光感受器细胞接受到的光子刺激转换成生物电信号。因而,理论上,对于视网膜的膜片钳实验不仅可以施加电刺激,同时也可以施加光刺激作为输入信号,观察其响应特性。并且,光刺激可以模拟真实的眼睛看到图像的过程。因而,对于视网膜研究工作来说,光学刺激较之于电学刺激更加接近生理状态,更加有效、可靠。
现有视觉刺激系统
在心理学研究、脑机接口研究、眼科检查和诊断等场合,存在一类普通意义上的视觉刺激器,这类装置采用相对具有广大视场的显示器或投影器显示各种视觉刺激模式,常用于适用于具有完整眼球的受试动物或人员。然而,这类装置并不适用于膜片钳实验的离体视网膜实验的需要。因为,对于视网膜的膜片钳操作必须采用离体视网膜样品——即把眼球去掉结膜、晶状体、防水后取出的单纯的视网膜组织。而离体视网膜由于没有了眼球固有的聚焦成像功能,不能够接收普通刺激器的大面积的照射。
此外,这类刺激器的颜色、光强、图案、运动速度和运动方向等模式比较单一,不能针对视网膜上某一具体细胞的感受野做出准确的刺激。因而不满足视网膜膜片钳实验的需要。
部分现有技术的定做离体视网膜刺激器的前端就是用一个标准的显微镜物镜作投射元件,然而一个视网膜上方2毫米高度的小区域空间内不可能容纳下两个显微物镜,只能有一个用于输出光刺激的显微物镜,因而这类系统在安放电极时并不能同时做显微镜的监视,实验成功率在很大程度上取决于实验者的长期经验积累。
因此,现有技术要么只能做光学刺激,要么只能做无光学刺激的膜片钳电记录,二者不可兼得。另外,这种装置只能做胞外记录或者胞内记录——没有显微镜的监视,很难实现膜片钳的高阻封接操作。
如果把标准的视觉刺激系统用于视网膜膜片钳实验,必须采用经特殊设计的光学系统把普通视觉刺激的图像传递的离体视网膜的准确的目标刺激区。这需要占据视网膜样品上方很大的空间,而膜片钳显微镜载物台和物镜之间的空间十分宝贵。如图1所示为标准的膜片钳显微镜外形示意图,图中所示为非对焦状态,物镜7距离载物台11不足2厘米。但是,在对焦后,即使对于特殊设计的长工作距物镜来说,物镜7和样品6之间也仅仅只有2毫米的距离,而且周围还要给微操纵器10(可能有多个微操纵器,图中只示出一个)和电极8(除操纵器上的电极外还有参考电极,未画出)预留空间。因而会导致刺激光路元件无处安放。
综上所述,现在已有的技术的不足之处在于:
(1)标准的膜片钳系统不能提供光刺激;
(2)标准的光刺激系统不能用于膜片钳实验的场合。
(3)因为空间限制,标准的膜片钳系统和标准的视觉刺激系统无法简单组合,必须订做传像系统,而订做的系统体积大,互换性和稳定性都差。
发明内容
为了克服了技术背景中提及的标准膜片钳、标准视觉刺激器和订做传像系统等现有技术存在的问题,特此提出本发明。
本发明的目的,在于提供一种在不影响正常膜片钳实验的前提下(即不影响显微镜观察、不占用电极安放空间的前提下),将一个或一组光强、颜色、形状、运动速度、运动方向等模式可编程的、高时空分辨率的光学刺激投射到显微镜载物台的离体视网膜上的装置和方法。从而达到在精确刺激的同时记录细胞响应的效果。
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