一種單個藻細胞膜電位、膜電阻的非損傷性測定裝置的製作方法

2023-12-07 20:03:06 1

專利名稱：一種單個藻細胞膜電位、膜電阻的非損傷性測定裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能同時測量大型藻細胞膜電位和膜電阻的非損傷性測定裝置，操作 簡單而快速，屬於細胞膜電信號分析技術領域。
背景技術：
細胞質膜是外源物質諸如藥物、毒物、激素等接觸最早的靶位，並有多個受體，因此質 膜對這些物質的作用特別敏感。故而質膜電生理信號的測定是醫學、藥理學、病理學、毒理 學以及營養吸收和機體的抗逆性等研究領域廣泛應用的分析手段。目前，對活細胞膜電位的 直接測定與監控，國內外主要採用微電極插入法和膜片鉗技術。該類工作需要使用精密的儀 表，且操作複雜，須由非常熟練的專家進行。此外，細胞中插入微電極必然降低作為試驗對 象的細胞的壽命，而組建膜片鉗實驗系統費用昂貴，試驗成本高，普通實驗室承擔不起，因 而其普及受到很大阻力。
近年來，國內外湧現出多種細胞電位測定系統，如細胞電位測定裝置、細胞壓力和膜電 位測定探針、細胞電圖儀、親脂性陰離子螢光探針(DiBAC4)等。其中細胞電位測定裝置以 矩陣排列的微電極記錄細胞放置器中多個細胞的電活動，該系統結構繁雜、幹擾因素多、人 為誤差大，且主要用於多細胞膜電位的測定。細胞壓力和膜電位測定探針操作簡單，但由於 探針尖端刺入被測細胞中，因而造成細胞損傷。細胞電圖儀對細胞無損傷或損傷很小，且能 瞬時或持續記錄細胞電活動和導電性，但該技術只能用於記錄貼壁、懸浮培養的動物細胞的 電活動。DiBAC4隻能反映膜電位改變情況，卻無法得出確切的膜電位電壓值。因而，大型單 細胞膜電位的非損傷性測定存在很大難度。膜同時兼有電阻和電容的符合特徵，因此膜電阻 和膜電位密切相關，而且均是反映膜電導特性的標誌參數，能用-"套裝置同時測定單細胞的 膜電位和膜電阻對研究細胞膜完整性、通透性等重要生理特性有極大意義，而以往的細胞電 位測定系統均無法完成無損傷細胞膜電位和膜電阻的同時測定。 發明內容
本實用新型目的在於提供一種可無損傷性測定大型藻細胞膜電位，並同時測量細胞膜電 阻的測定裝置。
為實現上述目的，本實用新型釆用以下設計方案構建一種"管套管"式細胞反應探頭， 用來無損傷包埋細胞。設計"L"型裝置，用於內置細胞反應探頭、固定氯化銀電極和鉑金電 極。非插入式氯化銀電極固定於"L"裝置上，並與"L"型內壁的細胞反應探頭相連接，用 於採集和記錄細胞電導信息。脈衝發生器通過鉑金電極與細胞反應探頭連接，向細胞提供脈 衝電刺激。
細胞反應探頭由矽膠管內套有機玻璃管組成"管套管"式裝置，其中矽膠管內徑略小亍 實驗用氯化銀電極外徑，保證電極能套在矽膠管上；有機玻管外徑稍大於矽膠管內徑，而其 內徑大於細胞直徑，保證有機玻璃管和矽膠管之間密封良好，實驗過程中無溶液滲入，且細 胞不受擠壓損傷置於"管套管"裝置。有機玻璃管內充灌凡士林用於細胞的固定和封接，ffiT "f^套管"上端充有標準濃度(0. lmol L—')氯化鉀溶液，作為導電溶液並模擬細胞內溶物，
"管套管"上端充有標準濃度(0. lmol 氯化鉀溶液，作為導電溶液並模擬細胞內溶物， 導通細胞和固定於"L"型長電極管的氯化銀電極。
電極固定單元為含兩個電極管的"L"型玻璃裝置。兩根氯化銀電極分別固定於"L"型 玻管的兩電極管。長電極管內懸掛細胞反應探頭，並存在兩個用以固定鉑金電極的連接點；
"L"型管內充適量細胞緩衝液，用於保持細胞活性並導通細胞和短電極管中氯化銀電極。這 樣沿兩電極管就由氯化銀電極、氯化鉀溶液、試驗細胞、細胞緩衝液形成導電迴路。氯化鉀 溶液模擬細胞內電勢，通過測量兩氯化銀電極間電勢差即測得藻細胞膜電位。與此同時，與 細胞相連的鉑金電極在脈衝發生器的控制下每10_15秒對細胞施加脈衝刺激，這樣整個系 統中產生瞬時電流，因此根據膜電位和瞬時電流可以實現細胞膜電阻的測定。
本實用新型的有益效果是，在測量大型藻細胞膜電位的同時，實現藻細胞膜電阻的測定， 並對細胞無損傷或損傷極小，且操作簡單，測量準確，可推廣應用於以藻細胞為材料的毒理、 病理和環境檢測等領域。以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是藻細胞反應探頭 圖2是本實用新型的應用原理圖
圖1中，1、標準濃度氯化鉀溶液，2、矽膠管，3、有機玻璃管，4、凡士林，5、藻細
胞
具體實施方式
在圖1中，在矽膠管2內，套有機玻璃管3，有機玻璃管內充滿凡士林4用於包埋和封 接實驗細胞5，上部矽膠管充有標準濃度氯化鉀溶液l，藻細胞5—端浸於氯化鉀溶液1，另 一端浸於細胞緩衝液9。
在圖2所示實施例中，細胞膜電位信號由氧化銀電極6和7採集，氯化銀電極6、標準 濃度氯化鉀溶液l、實驗細胞5、細胞緩衝液9、氯化銀電極7形成迴路，其間電勢差值(藻 細胞膜電位)由電壓表8測知。由於細胞僅極小部分浸於氯化鉀溶液，形成一微小孤立的膜 片，且該氯化鉀溶液模擬細胞內環境，故該膜片段內外離子濃度近相同，則氯化銀電極6處 電位E1"0。假設E2為氯化銀電極7測量的電位，兩電極間電位差AE-E1 —E2，由於El"O, 則AE近似為實驗細胞5膜內外電位差，由電壓表8測知。
膜電阻信號(厶R)測量時，脈衝發生器11通過兩根鉑金電極10，對藻細胞施以持續 時間為2 — 3s、大小為2—7nA的直流脈衝(1)，激起的電位差不超過5 —10mV。通過電壓表 8測量藻細胞瞬時膜電位(厶E),從而確定細胞膜電阻AR-AE/。
權利要求1、「一種單個藻細胞膜電位、膜電阻的非損傷性測定裝置」，其特徵包括(1)「管套管」式無損傷細胞反應探頭，凡士林包埋保證細胞無損傷；(2)「L」型抗幹擾氯化銀電極固定裝置；(3)氯化銀電極固定於「L」型裝置兩電極管，無需插入藻細胞；(4)脈衝發生器和鉑金電極對細胞提供電刺激，電脈衝持續時間為2-3s、大小為2-7nA。
2、 根據權利要求書1所述的裝置，其特徵是矽膠管套有機玻璃管組成套管裝置，即作 為細胞反應探頭，同時為鉑金電極提供連接點。
3、 根 利要求書1所述的裝置，其特徵是凡士林無損傷包埋大型單個藻細胞，對細胞電信號無幹擾或幹擾極小。
4、 根據權利要求書1所述的裝置，其特徵是套管上部充有標準濃度氯化鉀溶液即能夠導電，同時能夠模擬藻細胞內環境。
5、 根據權利要求書1所述的裝置，其特徵是"L"裝置兩電極管口徑與氯化銀電極接近，固定電極，裝置底部充滿藻細胞緩衝液。
專利摘要一種單個藻細胞膜電位、膜電阻的非損傷性測定裝置，屬於細胞膜電信號分析領域。它是將「管套管」式的細胞反應探頭懸掛於「L」型裝置內，「L」型兩電極管分別固定氯化銀電極。藻細胞一端通過模擬細胞內溶物的標準氯化鉀溶液與氯化銀電極連接，另一端通過裝置底部細胞緩衝液與另一氯化銀電極連接，形成迴路，兩電極採集並記錄藻細胞膜電位信號。「L」型裝置的長電極管內壁附有兩根鉑金電極與外部脈衝發生器相連接，對細胞提供微弱電刺激，實現對藻細胞膜電阻的同步測定。本實用新型操作簡單，可同時完成對大型藻細胞膜電位和膜電阻無損傷測定，快速而準確。
文檔編號G01N33/48GK201075103SQ20072002066
公開日2008年6月18日 申請日期2007年4月16日 優先權日2007年4月16日
發明者史建國, 孟慶軍, 豔 楊, 楊俊慧, 王丙蓮, 馬耀宏 申請人:山東省科學院中日友好生物技術研究中心