[发明专利]自动扫描式组织表面非损伤微测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量离子或分子活动信息的电化学装置，特别是采 用离子或分子选择性微电极测量生物组织的离子或分子浓度变化的非 损伤微测系统，属电化学测量技术领域。

背景技术

分子和离子在生物体内运输机制的阐明始终是生命科学领域非常 重要的一个方面。随着电生理技术的迅猛发展，配合日新月异的各种生 物学技术，必然会加快各种生物信息的整体研究。膜受体与配体，离子通 道与离子，不同信号分子在膜水平的作用等都是生命科学的热点问题， 也是膜生物学的中心课题。我们知道膜蛋白是生物膜功能的主要体现者， 面对周围环境的改变，细胞会通过复杂的调控网络改变膜的通透性，结 果是出现了细胞膜周围分子/离子信息的改变。而记录细胞膜周围分子/ 离子信息的变化，不仅能够对膜蛋白的功能起到验证的作用，而且能为 研究膜蛋白的功能提供了重要信息。膜片钳技术是从分子水平研究跨膜 离子移动和其他功能的主要方法之一，并且在不断改善。但该技术仅限 于单一离子通道的记录和分析，不适合从整体上分析跨膜分子/离子的 信息。非损伤微测系统作为研究组织微观现象的工具与膜片钳技术相比 有一定的独特性；克服了传统的将微电极插入到细胞或组织中所带来的 损伤，以及损伤所造成的测量数据不真实或出现假象的可能性。非损伤 微测技术作为膜片钳技术的一项重要补充，为鉴定或验证某些生物膜运 输系统的功能提供了非常有力的工具。如图12所示的现有非损伤微测 系统实际上由被测物承载系统、三维驱动系统、电极系统、三维驱动反 馈系统和处理控制系统构成；被测物110的承载系统由底部透明的广口 容器111构成；三维驱动系统由电极夹持操纵器112和三维移动平台支 架113构成；电极系统由一个或一组探头集中指向一处的工作电极114、 115和一个在微观上远离工作电极114、115的参比电极116构成；三维 驱动反馈系统由包括光源117的底视显微镜118在内的成像系统构成； 工作时，操作者在成像系统帮助下，监视和并通过系统控制驱动工作电 极探头接近或远离被测对象，获取被测对象附近一点的某种化学物质的 浓度；要在此基础上获得附近另一点的浓度，只需要通过三维驱动系统 移动工作电极进行再次测量。非损伤微测技术作为一种综合性较强的电 生理技术已成为生物膜研究的又一重要工具之一[参考文献：丁亚男，许 越.非损伤微测技术及其在生物医学研究中的应用.物理.2007，36(7)： 548；印莉萍，上官宇，许越.非损伤性扫描离子选择电极技术及其在高等 植物研究中的应用.自然科学进展，2006，16(3)：262]。然而，生命组 织不是单个细胞简单的集合；它是许多具有不同功能的、相互作用、协 同反应的细胞集合；作为在微观上研究考察这个集合的工具，仅靠现有 的技术是困难和不便的；宏观的分析技术是不适宜的，因为宏观现象许 多时候反映的是微观过程相互抵消或中和的结果；膜片钳技术对于细胞 集合的使用目前也是困难的；现有的非损伤微测技术最接近这一应用的 要求，但仍存在困难；这种困难主要来自在电极定位操作过程中对操作 者视觉参与的要求；这种要求限制了检测的速度，增大了劳动强度，不 利于在较短时间内获取大量检测点的数据，影响了其在拥有大量细胞集 合的组织的应用。

发明内容

本发明的目的是：提出一种不要求操作者视觉参与的、在较短时间 内获取大量检测点的数据的、方便的应用于有大量细胞集合的组织的非 损伤微测系统。

本发明采取的方案是：一种至少有三维驱动的微电极生物医学试验 研究装置，设有待测组织夹持结构；固定在一起的两个或两个以上探头 相距5到300微米的微电极，其中一个为工作电极；待测组织夹持结构 将待测组织区分为测试面和生物环境控制面；通过三维驱动可以将工作 电极探头定位在待测组织测试面上一点，另一探头在该点附，仅远离待 测组织测试面5到300微米；三维驱动中有一维用于使组织测试面远离 或接触微电极探头，称为离合驱动；有两维用于选择微电极探头在待测 组织测试面上的测试点，称为方向驱动；在生物环境控制面一侧设有生 物环境控制结构，用于控制或改变待测组织的生物环境；设有探头压力 控制结构，控制探头对待测组织测试面的压力。

探头压力控制结构中包含有弹力或磁力或浮力或杠杆重力结构，与 微电极相连，调节弹力或磁力或浮力或杠杆重力的平衡可以调节微电极 探头对待测组织测试面压力的大小。

离合驱动与微电极相连。