一种可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器，它包括一根玻璃管，一根电极和一个夹持器。该夹持器包括一个反射镜，一个光纤接口和一个导液管接口。该可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器采用在玻璃管内部分填充高折射率液体的方法实现液芯光导，将外部激光传输至与玻璃管微电极接触的细胞以完成光活化。该可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器可以在原位完成细胞的光活化和电生理信号的记录。具有结构简单，成本低，方便易行的优点，对于神经科学的研究具有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器，特别是采用在玻璃管微电极内部分填充高折射率液体的方法实现液芯光导，将外部激光传输至与玻璃管微电极接触的细胞以完成光活化。该可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器可以在原位(in situ)完成细胞的光活化和电生理信号的记录。
技术介绍
膜片钳技术作为一种广泛应用于生命科学研究的电生理技术，为解决生物信息的跨膜信号传导问题提供了先进的研究手段。膜片钳技术的工作原理是用玻璃微电极把仅含1-3个离子通道、面积为几平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端下的这片细胞膜在电学上与其他细胞膜分离，因此，通过电压钳制或电流钳制，能够对生物膜上离子通道的电活动(尤其是可对单通道电流)进行记录。近年来，光遗传，光解笼锁(Uncage)等技术先后被应用于神经科学领域。光遗传技术是通过遗传技术在实验动物体内表达光敏感蛋白质，从而通过光控制某个神经元或神经环路的开闭。光解笼锁技术是用光对包含神经递质，如GABA，谷氨酸等，的笼状化合物进行光活化或光刺激使笼状化合物解笼锁，释放出神经递质，通过与神经元的响应受体结合使神经元产生兴奋或抑制。实现这些技术的关键是如何将光精确地投射在感兴趣的区域，并且能和传统的膜片钳微电极及夹持器技术相结合。目前，相关研究报道有2013年法国Marat Minlebaev等人(M.Minlebaev etal，“Cell-attached recordings of responses evoked by photorelease of GABA inthe immature cortical neurons，，，Frontiers in Cellular Neuroscience，Volume7，Article83, May 2013)通过将Rub1-GABA(—种GABA的笼状化合物)填充入玻璃微电极，并将纤芯直径50um的多模光纤直接插入玻璃微电极对Rub1-GABA进行光活化释放GABA。2013 年美国 Ilker Ozden 等人(1.0zden et al, uA Coaxial Optrode As Multifunct1nWrite-Read Probe for Optogenetic Studies in Non-Human Primates”J NeurosciMethods.2013S印tember 30 ；219(1):142-154)将外径125um的多模光纤拉锥后套入外径165um的塑料管和外径310um的不锈钢管中，并在多模光纤的锥部和不锈钢管连接的部分沉积铬/金导电层，从而使不锈钢管完成膜片钳电极的功能。对于这两种技术来讲，前者未形成一个完整的实验设备，仅仅是一个临时性的实验方法；后者则需要专用电子束沉积设备加工金属导电层，工艺复杂，价格昂贵。因此本专利技术提出了一种可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器，与上述方案不同，米用在玻璃微电极内部分填充高折射率液体的方法实现液芯光导，将外部激光传输至与玻璃管微电极接触的细胞以完成光活化。该可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器可以在原位完成细胞的光活化和电生理信号的记录。具有结构简单，成本低，方便易行的优点，对于神经科学的研究具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器，特别是米用在玻璃微电极内部分填充高折射率液体的方法实现液芯光导，将外部激光传输至与玻璃管微电极接触的细胞以完成光活化。该可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器可以在原位完成细胞的光活化和电生理信号的记录。为实现上述目的，本专利技术采用技术方案是:它包括一根玻璃管，一根电极和一个夹持器。该夹持器包括一个反射镜，一个光纤接口和一个导液管接口。玻璃管的一个输入端与夹持器的输出端相连；导液管接口的输入端与外部导液管相连；光纤接口的输入端与外部光源的光纤相连；玻璃管的输出端与外部被测样品相连；电极的输入端与玻璃管尖端填充的电极内液相连；电极的输出端与外部膜片钳放大器相连；玻璃管的尖端填充有少量导电的电极内液；玻璃管内大部填充折射率高于玻璃管材料的透明液体；光通过光纤输入光纤接口，经过反射镜反射90度后，由玻璃管传导至尖端后投射在样品完成光活化。所述的玻璃管由玻璃拉制而成，材料可以为GG_17(国内)或PYREX(国外)的高硼硅玻璃，但不限于此种玻璃，折射率为(1.4-1.7);所述的夹持器用于夹持玻璃管，包括一个反射镜，一个光纤接口和一个导液管接P ；所述的电极为膜片钳设备常用的金属电极，材料为银或铜；所述的反射镜用于将入射光反射90度，可以为平面反射镜或反射棱镜，通常表面有高反射率镀膜；所述的光纤接口用于机械连接外部光源的光纤，可以为常用的FC/PC，FC/APC，FC/UPC, SMA 等；所述的导液管接口用于连接外部导液管，用于在实验过程中提供正压或负压；所述的高折射率透明液体可以为不导电的折射率匹配液，折射率可以为(1.5-1.8)，主要成分是氟氯烃。本专利技术的工作原理是这样的:首先，将玻璃管的尖端拉制成实验所需的锥形。向玻璃管内填充少量电极内液，其作用为导电，在样品和电极之间建立电气连接。再向玻璃管内填充大量高折射率的折射率匹配液。折射率匹配液与电极内液不相溶，具有明显的分界面。将玻璃管连接在夹持器上。外部光源的光通过光纤输入光纤接口，经过反射镜反射90度后进入玻璃管。由于玻璃管内的折射率匹配液的折射率为1.7 (举例)，玻璃管的折射率为1.47，因此光在折射率匹配液-玻璃管界面上的全反射角约为59.85度，折合数值孔径约为0.86，远大于常用光纤的数值孔径，如0.13，0.22，0.46等。因此折射率匹配液-玻璃管可以实现液芯光导，低损耗地传输光。当光传输到玻璃管尖端时，由于玻璃管尖端(例如，玻璃管外径1.5mm，内径1.2mm，尖端长4mm，折合半角约为8.5度)的角度较小，光仍可以低损耗地传输直到到达折射率匹配液-电极内液界面。当光通过此界面后，电极内液的折射率约为1.33小于玻璃管的折射率，因此电极内液-玻璃管界面不存在全反射条件，光会发散地投射在样品。附图2和3中分别展示了玻璃管尖端光传输的蒙特卡洛分析设置图和结果图。本专利技术由于采用了上述技术方案，具有如下优点:1、采用玻璃管当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可用于同轴光活化的膜片钳微电极及夹持器，其特征在于：它它包括一根玻璃管，一根电极和一个夹持器；该夹持器包括一个反射镜，一个光纤接口和一个导液管接口；玻璃管的一个输入端与夹持器的输出端相连；导液管接口的输入端与外部导液管相连；光纤接口的输入端与外部光源的光纤相连；玻璃管的输出端与外部被测样品相连；电极的输入端与玻璃管尖端填充的电极内液相连；电极的输出端与外部膜片钳放大器相连；玻璃管的尖端填充有少量导电的电极内液；玻璃管内大部填充折射率高于玻璃管材料的透明液体；光通过光纤输入光纤接口，经过反射镜反射90度后，由玻璃管传导至尖端后投射在样品完成光活化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐英舜，王索刚，刘楠楠，刘爱丽，谌辉，
申请(专利权)人：天津医科大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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