[发明专利]一种全自动膜片钳电生理纪录系统及记录方法

说明书

技术领域

本发明属于膜片钳技术领域，具体涉及一种全自动膜片钳电生理纪录系统及记录方法。

背景技术

膜片钳技术是用于纪录全细胞或个别细胞膜上离子信道电生理特性的研究方法，目的在于提供基础研究知识与新药开发时研究细胞电特性或小分子药物对细胞膜上离子信道特性的影响，替开发标靶药物提供一个测试平台。传统的细胞培养膜片钳系统由人工操作，实验人员在取得元代细胞(例如心肌细胞与神经元)后，将研究对象细胞养在玻片上，以手动方式将纪录电极移动放置在胞体上方并压到细胞膜上，此时纪录电极在膜外溶液里的电阻大约为3-9 M?。细胞膜由双层脂膜组成，具有密封绝缘的特性，因此当纪录电极接触到细胞膜时电阻会开始上升，然后以人工方式对纪录电极内施加一个负压，可以让电极与胞膜之间吸附得更为紧密而电阻也会加速上升，当纪录电极的电阻达到千兆欧姆(Giga ?)时，意味着细胞膜与电极之间几乎没有电流漏出，之后对电极内压力施以一个快速的负压将细胞膜吸破，这样纪录电极与细胞胞体之间会形成一个封闭的电容，此时就可以开始对细胞进行实验。因为没有电流从纪录电极周围漏出，就可以确保纪录了细胞对刺激的实时反应，例如电流与电压的变化等，并且还具有很高的时间分辨率与纪录精度。

人工操作电生理膜片钳纪录时，整个过程是相当耗费人力的，而且操作人员的技术熟练程度和经验水平会影响实验的成功率。针对上述问题，目前市场上已开发出一款自动膜片钳纪录系统，此系统利用微机电加工的方式开发出一种有许多孔洞的模版，每个孔洞里面含有细胞内液及纪录电极，并且可以吸附一个细胞施以可调控的压力，以此方式达到千兆欧姆电阻进行膜片钳纪录。但这种自动膜片钳系统有如下应用局限性：（1）仅能应用于悬浮细胞的纪录，因此大部分的纪录对象为癌化细胞，而对于需要贴壁生长的大多数正常细胞，现有的自动膜片钳系统就无法纪录；（2）在纪录对象上，目前的膜片钳系统只能纪录胞膜形状平整饱满的细胞，大部分是工具细胞如癌化细胞，此类细胞有比较强的细胞膜可以禁得起各种人为操作，而许多具有研究价值的细胞（例如元代培养的神经元）胞膜较弱容易破裂，且胞体表面不规整，现有的自动膜片钳系统难以派上用场。

因此，迫切需要一种新型的全自动膜片钳电生理纪录系统来解决以上问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有自动膜片钳系统的应用局限，提供一种新型的全自动膜片钳电生理纪录系统，使得更大一类非悬浮且胞体表面不规整的细胞也能实现电生理膜片钳纪录过程自动化。

本发明的另一目的在于提供利用这种全自动膜片钳电生理纪录系统的记录方法。

技术方案：本发明全自动膜片钳电生理纪录系统，包括核心处理装置、样品移动平台、影像装置、数模转换放大装置、机电控制微操作装置、正负压力装置和纪录电极；所述样品移动平台可以在X-Y平面上自由移动以实现将培养细胞置于所述影像装置的中心点；所述影像装置用于采集细胞的图像信息；所述数模转换放大装置与所述纪录电极相连，用于同时进行电刺激与记录，纪录电阻与细胞电特性；所述纪录电极固定在所述机电控制微操作装置上，由所述机电控制微操作装置带动在三维空间内运动；所述正负压力装置用于对所述纪录电极内部制造正压与负压；所述核心处理装置利用所述数模转换放大装置测量的电阻值和所述影像装置采集的图像信息，移动所述机电控制微操作装置和控制正负压力装置的阀门，完成全自动膜片钳电生理纪录的过程。

所述影像装置由单色摄影机、图像采集卡和显示器构成，用于采集细胞的图像信息。

所述机电控制微操作装置由三轴微操组成，能在三维立体空间上运动；

所述正负压力装能对纪录电极内部制造正压与负压，通过控制空气阀实现气压的变化，如此可以控制电极头吸附细胞的压力大小与强度。

利用上述系统对细胞进行千兆欧姆电阻后自动吸破细胞膜的最佳膜片钳状态记录的方法，包括如下步骤：

步骤201： 开始；

步骤202：将培养细胞放置在样品移动平台上，操作样品移动平台使得样品细胞进入到视距范围内，并将纪录电极置于细胞正上方，启动膜片钳电生理纪录系统的自动操作；

步骤203： 核心处理装置通过控制正负压力装置的空气阀给出正压，并且通过驱动机电控制微操作装置带动纪录电极向下移动接近细胞膜；

步骤204： 当影像装置检测到细胞膜凹陷到一定程度后，说明纪录电极已经触碰到细胞膜，此时停止机电控制微操作装置的移动，同时移除正压；