[发明专利]用于研究活细胞的扫描离子电导显微术

说明书

技术领域

本发明涉及扫描探针显微术及其在结构(特别是细胞)的柔性或 弹性研究中的用途。

背景技术

细胞是活体生物的最基本单位，不管是对于动物或是植物。对细 胞的结构和组成，以及其各组分如何发挥功能的研究有利于洞察存在 于完整生物系统中的复杂过程。这需要这样的技术，即所述技术使得 可以实时、非损伤地进行细胞样品的研究，并且在模拟生理条件的溶 液中进行这种研究，以使得细胞的功能性得以保持。

光学显微术(使用可见光)已经被广泛地应用于研究活细胞。然 而，衍射将其分辨率限制在约200-250nm。为进行更加细致的研究， 一个通常被使用的方法是电子显微术，此时有可能得到分辨率为10 nm的图像，但在成像之前需要将样品固定。因此，不可能利用电子显 微镜来研究活细胞。

另一种可能的高分辨技术是基于扫描探针显微术(SPM)的使用， 其中一个尖的探针尖端紧密接近被研究的样品进行扫描。随之发生的 相互作用及样品因此的化学/物理性质可以被绘制为尖端相对于样品 的位置的函数，以形成该测量的相互作用的图(profile)。通常应用于 生物成像的SPM家族的成员为原子力显微术(AFM)、扫描离子电导 显微术(SICM)和扫描近场光学显微术(SNOM)。

在SICM中，用一个充满电解质的玻璃微米吸管(pipette)在浸 泡在电解质溶液中样品的表面上进行扫描；见Hansma et al(1989) Science 243：641-3。通过监测流经管口的离子电流来将所述吸管-样品距 离维持在一恒定值。该流动位于两个电极(一个电极位于所述吸管内 部，另一个电极在外部的电解质溶液中)之间。由于电极之间的偏压， 所述离子电流信号取决于微米吸管的电阻(R_P)和接入电阻(R_AC) 的组合，所述接入电阻是沿浸泡液至微米吸管开口处的会聚路径 (convergent path)的电阻。R_P取决于所述微米吸管的尖端直径和锥 度，而R_AC显示出对浸泡液和样品的电化学性质、样品的几何形状， 以及样品与探针的距离的复杂的依赖性。是R_AC使所述吸管-样品的距 离具有了离子电流敏感性，并利用它来保持该距离以使得不会发生接 触。

已使SICM成为用于精细表面的非接触分析方法的最佳尖端-样品距 离是所述尖端直径的约1/2；参见Korchev et al(1997)、J.Microsc.188： 17-23和Biophys.J.73：653-8。控制尖端位置的系统的输出数据被用于生 成样品表面的形状特征的图像。使用SICM可获得的空间分辨率依赖于 尖端口径的大小，并一般为50nm-1.5μm。这可产生相应的分辨率。

然而，仍然有对用于研究表面结构(例如细胞)的方法和装置进行 改良的需求。

发明内容

本发明是基于这样的认识，即通过流经位于被研究表面附近的扫 描探针的、受调节的液流，可以将局部化和受控的压力或力施加到该 表面上。通过监测所施加的压力和所形成的表面的运动之间的关系， 这种压力的施加可用于测量表面的柔性或弹性。它还可以用于刺激细 胞表面组分，例如机械敏感性离子通道，通过监测随之发生的电生理 信号或化学信号的随后的变化情况，对该刺激进行测量。

根据本发明的第一方面，一种使用扫描探针显微术来查验 (interrogate)表面的方法，包括：使一个扫描探针接近于所述表面， 控制所述探针的位置以保持恒定的距离，其特征在于通过流经所述探 针的受调节的液流将压力施加到所述表面上，随后监测所述探针的位 置，其中所述探针的运动表明所述表面的随之发生的运动情况。

根据本发明的第二方面，一种诱导细胞中电生理变化或化学变化 的方法，包括：使一个扫描探针接近于所述细胞表面，通过流经所述 探针的受调节的液流将一个确定的压力施加到所述表面上，并监测细 胞电生理信号或化学信号的变化。

根据本发明的第三方面，是一种用于查验表面的装置，包括一个 扫描探针显微镜和一个通过流经所述探针的受调节的液流将压力施加 到所述表面上的工具。