[发明专利]细胞电化学与电生理联合检测装置及检测方法

说明书

本发明实施例公开了一种细胞电化学与电生理联合检测装置和方法。该装置包括：探测电极，用于检测电信号，包括电生理电极和电化学电极；膜片钳放大器，用于放大电信号，包括与电生理电极连接的电生理检测单元和与电化学电极连接的电化学检测单元；滤波模块，用于对电信号进行滤波处理，包括第一带阻滤波器、第二带阻滤波器和低通滤波器；控制和分析模块，用于基于电信号分析细胞的电生理情况和电化学情况，还用于向膜片钳放大器发送控制信号以调整膜片钳放大器的检测模式。本发明实施例能够检测细胞电生理信号，并能检测活体细胞内含物，兼具电生理和电化学检测能力，且无需将探测电极探入细胞，对探测电极的要求更少，检测范围更广。

技术领域

本发明实施例涉及生物学检测技术领域，尤其涉及一种细胞电化学与电生理联合检测装置及检测方法。

背景技术

细胞内含有大量的功能各异的化学成分，包括水、糖类、无机物、游离的神经递质、细胞代谢物等。囊泡是细胞内储存交流信息物质的载体，在特定情况下经融合释放并扩散作用到另一个细胞表面，实现信息的传递。因此检测囊泡内含物质对于研究细胞间信息交流方式具有重要意义。而检测细胞所含的化学物质，尤其是尺寸仅为纳米级的囊泡内所含信息物质，通常需要借助电化学手段。

目前，已有一些针对囊泡内含物进行定量检测的方法，主要通过囊泡的分离、裂解等一系列操作来释放其内含物，以进行体外的检测。这一方法已应用于嗜铬细胞瘤、PC12细胞及小鼠皮层神经元等的囊泡内容物的检测(Omiatek et al,2009,2010,2013)。然而，分离过程对囊泡易造成机械性损伤，裂解囊泡膜的方法也很容易因为内含物的扩散而导致检测结果被低估。随后，Dunevall等人发现在直径约33μm的圆盘型碳电极上施加电压，可以直接吸附和捕捉含有递质的游离囊泡，并在接触瞬间击破囊泡膜使包裹递质直接与碳电极发生氧化还原反应，记录化学电流(Dunevall et al,2015；Li et al,2018)。在此基础上，Li等人又创新性地将直径为50-100nm的超微碳纤电极直接刺入PC12细胞内(Li et al,2015)，同样可以记录到单个囊泡破裂后递质的电化学信号。该方法在一定程度上弥补了上述缺陷，是现有的相关技术中具有更高精确度的重要方法。然而，该方法采用纳米级尖端的碳纤电极直接刺入细胞，在技术和应用方面仍然存在诸多难题：刺入式记录模式主要应用于易于观测和分辨的、体积较大的培养细胞，这就意味着在更接近生理状态的脑片水平或者在体条件下较难实现相关的电化学记录；刺入式记录模式要求碳纤尖端极细从而限制了涂层修饰的应用。因此，该方法仅适用于个别可直接与碳纤电极发生反应的(电化学活性较高的)递质的检验，而对于其他神经递质如谷氨酸等，需要对碳纤电极进行特异性酶涂层修饰(厚度通常为微米级)后才能实现电化学检测的成分，刺入式记录模式是很难实现的；目前已有发表文章将表面修饰酶之后的电极刺入大体积的蟾蜍卵母细胞，但需同时插入参比电极进行检测，不仅对细胞伤害较大，且无法同时检测电信号。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种细胞电化学与电生理联合检测装置，能够同时实现电生理检测和电化学检测，且无需将电化学电极刺入细胞内，避免了对电生理电极材料的限制。

第一方面，本发明实施例提供了一种细胞电化学与电生理联合检测装置，包括：

探测电极，用于检测电信号，包括电生理电极和电化学电极；

膜片钳放大器，用于放大所述电信号，包括与所述电生理电极连接的电生理检测单元和与所述电化学电极连接的电化学检测单元；

滤波模块，用于对所述电信号进行滤波处理，包括第一带阻滤波器、第二带阻滤波器和低通滤波器，所述第一带阻滤波器与所述电生理检测单元连接，所述第二带阻滤波器和低通滤波器依序连接后与所述电化学检测单元连接；

控制和分析模块，用于基于所述电信号分析细胞的电生理情况和电化学情况，还用于向所述膜片钳放大器发送控制信号以调整所述膜片钳放大器的检测模式。

可选的，在一些实施例中：