一种用于细胞器药物定位投递检测装置及投药检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于细胞器药物定位投递检测装置及检测方法，通过设置核心控制单元和夹持于Z向移动平台上的移液管，移液管内通过纵隔板纵隔分为驱动电极腔和抑制电极腔，采用三电极theta移液管，测量电极单独在工作电极腔内，用于测量溶液内离子电流，既为移液管的精确定位提供可靠的反馈信号，又能够实现对细胞表面离子通道的检测；工作电极和抑制电极分别置于双通道移液管的两个支管，在药物投送过程中，驱动电极和抑制电极间电势差形成的电势场会引导药物流经移液管下方的样本表面，抑制电极形成的电场回路使得药物不会自发扩散到溶液中，真正实现纳米级定量定点药物投送，本装置结构简单，能够实现高精度检测和药物投递功能的集成。

【技术实现步骤摘要】
一种用于细胞器药物定位投递检测装置及投药检测方法
本专利技术属于扫描离子电导显微镜领域，涉及一种细胞器级定位精度的精确投药与检测装置，具体涉及一种用于细胞器药物定位投递检测装置及投药检测方法。
技术介绍
扫描离子电导显微镜(scanningionconductancemicroscopy，SICM)是一种非接触式的扫描探针显微技术，1989年提出该技术，随着技术的发展，应用范围越来越广泛，目前在生物医学等领域也得到了充分的应用。SICM是一项近生理条件下实现生物样品表面形貌高分辨率和结构分析以及动力学表征的强大工具。所以这种纳米级、无损伤、无接触式的成像方式，用于活体细胞的研究领域具有特别突出的优势。为了观察细胞表面形态学的相关研究数不胜数，例如光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和共聚显微镜等显微镜，但这些显微镜不能满足药物精准定位以及精准投递。文献GaudenzioN,SibilanoR,MarichalT,etal.Differentactivationsignalsinducedistinctmastcelldegranulationstrategies.[J].JournalofClinicalInvestigation,2016,126(10):3981-3998.作者观察肥大细胞的脱颗粒反应，采用了延时共聚焦显微镜，镜下显示了单体肥大细胞的脱颗粒变化，虽然该实验很详细的说明了肥大细胞的变化过程，但未能将相关药物精准投递到作用部位，所以也无法观察到细胞器级别的改变。对于活体细胞观察药物反应的研究，目前常使用的方式多采用：将所需不同浓度的药物放置在细胞培养皿中，通过不同种显微镜观察和记录细胞在一段时间内所发生的变化。但还是无法实现将所需浓度的相关药物精准投递到作用部位，所以也无法观察到细胞器级别的改变。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于细胞器药物定位投递检测装置及投药检测方法，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于细胞器药物定位投递检测装置，包括设置于XY向移动平台上的细胞培养皿，还包括核心控制单元和夹持于Z向移动平台上的移液管，移液管内通过纵隔板纵隔分为驱动电极腔和抑制电极腔，驱动电极腔内设有驱动电极、测量电极和毛细管，驱动电极连接于驱动电压模块，测量电极作为离子电流的检测端连接于离子电流检测模块，毛细管连接有用于控制毛细管内流量的微流控制系统，抑制电极腔内设有连接于抑制电压模块的抑制电极，驱动电压模块、抑制电压模块、离子电流检测模块和微流控制系统均连接于核心控制单元。进一步的，XY向移动平台包括用于控制细胞培养皿沿X、Y两个方向移动的XY向微电机和XY向压电陶瓷，Z向移动平台包括用于移液管沿竖直方向移动的Z向微电机和Z向压电陶瓷。进一步的，微流控制系统通过微量泵将药物泵注至移液管中。进一步的，核心控制单元用于控制驱动电压模块和抑制电压模块的电压输出、采集来自离子电流检测模块的离子电流信号、以及用于控制Z向压电陶瓷、XY向压电陶瓷、Z向微电机和XY向微电机。进一步的，驱动电极为Pt电极，表面涂有高分子绝缘涂层。进一步的，测量电极为Ag/AgCl电极。进一步的，移液管为锥形管，移液管下端开口为θ形状。进一步的，核心控制单元包括FPGA控制芯片、用于将测量电极运动过程中的电流反馈信号实时转换并采集至FPGA控制芯片的信号采集模块、用于驱动微电机和压电陶瓷的驱动模块以及用于驱动电压模块和抑制电压模块输出控制的电压驱动模块。一种细胞器药物定位投递检测装置的投药检测方法，包括以下步骤：步骤1)、将移液管下管口定位至待研究细胞膜表面上端；步骤2)、根据药物电荷，核心控制单元控制驱动电压模块和抑制电压模块工作，同时微流控制系统控制药物流量；步骤3)、待药物投递完成后，停止驱动电压模块和抑制电压模块工作，同时停止药物进入；步骤4)、通过测量电极记录细胞在药物投递后发生的反应数据。进一步的，根据测量电极检测到的离子电流作为判断移液管和样本相对位置的反馈信号，通过电机和压电陶瓷定位装置将移液管下管口定位至待研究细胞样本区域上端，移液管下管口与细胞表面距离小于100纳米。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种用于细胞器药物定位投递检测装置，包括设置于XY向移动平台上的细胞培养皿，通过设置核心控制单元和夹持于Z向移动平台上的移液管，移液管内通过纵隔板纵隔分为驱动电极腔和抑制电极腔，驱动电极腔内设有驱动电极、测量电极和毛细管，驱动电极连接于驱动电压模块，测量电极作为离子电流的检测端连接于离子电流检测模块，毛细管连接有用于控制毛细管内流量的微流控制系统，抑制电极腔内设有连接于抑制电压模块的抑制电极，驱动电压模块、抑制电压模块、离子电流检测模块和微流控制系统均连接于核心控制单元，采用三电极theta移液管，测量电极单独在工作电极腔内，用于测量溶液内离子电流，既为移液管的精确定位提供可靠的反馈信号，又能够实现对细胞表面离子通道的检测；工作电极和抑制电极分别置于双通道移液管的两个支管，在药物投送过程中，驱动电极和抑制电极间电势差形成的电势场会引导药物流经移液管下方的样本表面，抑制电极形成的电场回路使得药物不会自发扩散到溶液中，真正实现纳米级定量定点药物投送，本装置结构简单，能够实现高精度检测和药物投递功能的集成。一种用于细胞器药物定位投递检测方法，根据测量电极检测到的离子电流作为判断移液管和样本相对位置的反馈信号，通过电机和压电陶瓷定位装置将移液管下管口定位至待研究细胞样本区域上端，采用三电极theta移液管，测量电极单独在工作电极腔内，用于测量溶液内离子电流，既为移液管的精确定位提供可靠的反馈信号，又能够实现对细胞表面离子通道的检测；工作电极和抑制电极分别置于双通道移液管的两个支管，在药物投送过程中，驱动电极和抑制电极间电势差形成的电势场会引导药物流经移液管下方的样本表面，抑制电极形成的电场回路使得药物不会自发扩散到溶液中；通过测量电极和离子电流检测模块记录细胞在药物投递后表面的离子电流信号，进而评估药物投送后细胞在局部离子通道和形态学方面产生的变化；核心控制单元完成离子电流数据记录后，真正实现纳米级定量定点药物投送，实现高精度检测和药物投递功能的集成。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为移液管尖端横截面显微结构示意图。图3为移液管下端管口结构示意图。图4为细胞离子通道模拟图。其中，1、细胞培养皿；2、XY向压电陶瓷；3、核心控制单元；4、Z向压电陶瓷；5、移液管；6、纵隔板；7、驱动电极腔；8、抑制电极腔；9、驱动电极；10、测量电极；11、毛细管；12、驱动电压模块；13、微流控制系统；14、抑制电压模块；15、抑制电极；16、离子电流检测模块；17、XY向微电机；18、Z向微电机；19、样本；20、受体；21、磷脂双分子层；22、通道；23、细胞外侧；24、细胞内侧。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1、图2所示，一种用于细胞器药物定位投递检测装置，细胞培养皿1放置于XY向移动平台上，包括核心控制单元3和夹持于Z向移动平台上的移液管(Pipette)5，移液管5内通过纵隔板6纵隔分为驱动电极腔7和抑制电极腔8，驱动电极腔7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于细胞器药物定位投递检测装置，其特征在于，包括设置于XY向移动平台上的细胞培养皿(1)，还包括核心控制单元(3)和夹持于Z向移动平台上的移液管(5)，移液管(5)内通过纵隔板(6)纵隔分为驱动电极腔(7)和抑制电极腔(8)，驱动电极腔(7)内设有驱动电极(9)、测量电极(10)和毛细管(11)，驱动电极(9)连接于驱动电压模块(12)，测量电极(10)作为离子电流的检测端连接于离子电流检测模块(16)，毛细管(11)连接有用于控制毛细管内流量的微流控制系统(13)，抑制电极腔(8)内设有连接于抑制电压模块(14)的抑制电极(15)，驱动电压模块(12)、抑制电压模块(14)、离子电流检测模块(16)和微流控制系统(13)均连接于核心控制单元(3)。

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞器药物定位投递检测装置，其特征在于，包括设置于XY向移动平台上的细胞培养皿(1)，还包括核心控制单元(3)和夹持于Z向移动平台上的移液管(5)，移液管(5)内通过纵隔板(6)纵隔分为驱动电极腔(7)和抑制电极腔(8)，驱动电极腔(7)内设有驱动电极(9)、测量电极(10)和毛细管(11)，驱动电极(9)连接于驱动电压模块(12)，测量电极(10)作为离子电流的检测端连接于离子电流检测模块(16)，毛细管(11)连接有用于控制毛细管内流量的微流控制系统(13)，抑制电极腔(8)内设有连接于抑制电压模块(14)的抑制电极(15)，驱动电压模块(12)、抑制电压模块(14)、离子电流检测模块(16)和微流控制系统(13)均连接于核心控制单元(3)。2.根据权利要求1所述的一种用于细胞器药物定位投递检测装置，其特征在于，XY向移动平台包括用于控制细胞培养皿(1)沿X、Y两个方向移动的XY向微电机(17)和XY向压电陶瓷(2)，Z向移动平台包括用于移液管(5)沿竖直方向移动的Z向微电机(18)和Z向压电陶瓷(4)。3.根据权利要求1所述的一种用于细胞器药物定位投递检测装置，其特征在于，微流控制系统(13)通过微量泵将药物泵注至移液管(5)中。4.根据权利要求1所述的一种用于细胞器药物定位投递检测装置，其特征在于，核心控制单元(3)用于控制驱动电压模块(12)和抑制电压模块(14)的电压输出、采集来自离子电流检测模块(16)的离子电流信号、以及用于控制Z向压电陶瓷(4)、XY向压电陶瓷(2)、Z向微电机(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄健，高子军，焦阳博翰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61