高通量电生理学系统技术方案

本发明专利技术公开一种监测组织切片的电生理学信息的系统和方法，包括具有多个电极的至少一个探针。该系统还包括用来选择要监测和要电刺激的组织部位的控制器。在本发明专利技术的一种变型中，用控制器管理多个多电极探针。系统还可以包括多个放大器模块，一个放大器模块与一个探针关联。放大器模块可以提供许多功能，包括放大由电极读出的电信号、将刺激信号分配给选定电极、以及过滤从组织部位诱发的信号。所述系统可以提供用于监测和刺激多个组织部位的电极的自动选择和切换。每个适合于监测多个组织部位的多个探针可以跟控制器关联，使得可以并行询问多个组织切片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够检查、测量和记录大量神经学组织和切片中的电活 动的高通量(throughput)装置。在一种变化中，可以认为该装置是特别 适合于实验室中使用的高通量电生理学记录系统。
技术介绍
在过去十年或更早，医学研究者已积极跟踪在评估心理活性物质对 组织的影响时神经细胞和神经组织电活动的使用。当神经细胞活跃时， 电位或电压的产生证明活动性。该电位由伴随着神经细胞中离子渗透性 改变的细胞膜内和外的离子浓度改变而产生。用电极测量神经细胞附近 的该电位改变和离子浓度改变(即离子电流)允许神经细胞或组织活动 的检测。细胞外电位来测量该细胞活动电位。当测量由于刺激引起的诱发电位 时，将进行刺激的金属电极和用于记录的玻璃电极一起插入。但是，这 些电极的插入伴随着引起细胞损害的可能性从而难以进行长时间测量。 另外，空间约束和对操作准确性的需要使得难以实现多点同时测量。1996年10月8日公开的美国专利5,563,067号，1998年9月22日 公开的美国专利5,810,725号，2000年10月17日公开的美国专利 6，132，683号,2000年11月21日公开的美国专利6,151,519号，2001年 8月28日公开的美国专利6，281，670号，2001年9月2日公开的美国专利6，288，527号，以及2001年10月2日公开的美国专利6,297,025号 (每一个授予Sugihara等人并在此引用作为参考)描述利用绝缘衬底 上具有4艮多微电极的平面电极、最先允许多个点处的电位改变的多点同 时测量的装置。该装置具有较小的电极到电极距离并允许神经电活动的 长时间测量，根据列举的专利制造的一种商用装置包含具有平面电极組件的集成 细胞保持器械，平面电极组件具有多个微电极和它们各自的放置在玻璃 板表面上的引入(lead-in)。电极组件通常包括通过从顶部和底部保持它 而固定平面电极的半劈保持器(half-split holder)。通常将保持器放置在 印刷电路板之上。典型的平面电极组件由具有1.1 mm厚度和50x50 mm尺寸的透明 派热克斯玻璃片构成。在该衬底的中央，在8x8矩阵中形成64个微电 极。每个微电极连接到导电引入。示例电极每个为50 x 50平方微米 (面积25 x 10 jim )，并且相邻电极之间的中心到中心距离为150 jun。衬底的每边具有跨距为1.27 mm的16个接触点，总计64个外部 接触。这些电接触点一一对应地连接到衬底中央的微电极。以下面方式制作这些平面电极。例如应用ITO (氧化铟锡)在用作 衬底的玻璃板的表面上形成150 urn厚的一层。然后4吏用光刻胶和刻蚀 形成导电阵列。在该层之上，应用负感光聚酰亚胺形成厚度大约1.4jim 的一层，然后形成上绝缘膜。然后在微电极区和外围电接触点给ITO 层涂敷上镍(15至500 nm厚)和金(16至50 nm厚)。然后使用硅树 脂粘合剂将具有22 mm内径和26 mm外径及8 mm高度的圆柱形聚酰 亚胺(例如聚苯乙烯)框架粘贴到玻璃板中央以在64个微电极的中央 部分周围形成细胞保持部分。该聚苯乙烯框架内部填充有包含例如氢氯 钿酸、乙酸铅和盐酸的溶液。适度电流的施加沉积微电极的钿黑金电^半劈保持器经常用树脂铸造，具有用于保持平面电极边缘的臂部 分。并且，通过销轴保持器的上部可枢轴转动。典型地^M果持器的上部 装配上具有16x4对接触的控制夹具。上部保持器中的接触对应于平面电极的电接触点并且用金属如涂上Ni和Au的BeCu的弹簧制成。交替地布置从上部保持器中伸出的销轴部分，使得以交错行排列从 上部保持器中伸出的16片销轴部分。该销轴部分连接到装配在印刷电路板上用于与外部连接的连接器。并且，弹性接触从上部保持器的底面伸出。全部以预先确定的接触 压力接触平面电极，导致仅具有小的接触电阻的电连接。印刷电路板不仅用于固定平面电极和保持器的组件而且提供从平面 电极的微电极开始经导电图案经电接触点到接触的跟外部的电连接(通 过连接器)。此外，印刷电路板使处理程序例如安装到测量装置上便 利。印刷电路板包括具有双面图案的玻璃环氧衬底和在中央形成的圆形 开口周围的四个部分处的连接器。印刷电路板通常在每边具有边缘部分且电接触点连接到/上双面连 接器边缘。为了保证机械固定，可以使用夹具将上部保持器固定到印刷 电路板上。使用上面所配置的集成细胞保持器具的细胞电位测量装置的配置包 括光学观测设备例如用于光学观测放置在集成细胞保持器具中的细胞或 组织的倒立显微镜。系统可以包括一个或多个计算机，它包括将刺激信 号提供到细胞的设备和处理细胞的输出信号的设备。最后，设备可以具 有维持合适的细胞培养基的细胞培养装置。除了倒立显微镜外，也可以包含或使用摄像机替代显微镜。系统可 以包括图像存档设备。摄像机可以是SIT摄像机。SIT摄像机是将静电 感应晶体管应用于摄像管上的摄像机的总括，并且SIT摄^4^是非常敏 感摄f4^的典型例子。典型计算机是具有A/D转换板和测量软件的个人计算机(例如，与 WINDOWS兼容的)。A/D转换板包括A/D转换器和D/A转换器。A/D 转换器具有16位和64通道，而D/A转换器具有16位和8通道。早先的测量软件包含用于确定提供刺激信号所需的条件和所获得探 测信号的记录条件的软件。使用该类型软件，计算机能够构造到细胞的刺激信号并处理来自组织或细胞的探测信号，而且还能够控制光学观测设备(SIT摄像机和图^^档设备)和细胞培养装置。早先的软件相当灵活，因为复杂的刺激条件是可能的(例如使用计 算机画出刺激波形)。记录条件包含64个输入通道、10 kHz的采样 率，以及几个小时的连续记录。提供刺激信号的电极或探测信号的电极 的选择例如手动地或使用计算机鼠标或笔指定。并且，各种条件如温 度、细胞培养液的PH等是可显示的。软件提供显示自发动作电位或在最大64个通道实时探测到的诱发 电位的记录屏。在组织或细胞的显微镜图像的上面显示记录的或诱发的 电位。当测量诱发电位时，显示整个记录波形。当测量自发动作电位 时，仅当使用窗口鉴别器和波形鉴别器的棘波探测功能探测到自发动作 发生时显示记录波形。当显示记录波形时，实时地同时显示记录时的测 量参数(例如刺激条件、记录条件、温度、pH)。软件包含数据分析，例如FFT分析、相干度分析，或其他分析软 件。另外，软件具有其他功能如使用波形鉴别器的单棘波分离、临时外 形显示功能、地形显示功能，以及电流源密度分析功能。这些分析的结 果可显示在存储于图像存档设备中的显微镜图像之上。当从上面所配置的计算机中发出刺激信号时，通过D/A转换器和隔 离器将刺激信号发送到细胞或组织。通过敏化放大器(例如，NIHON KODEN CO.， LTD制造的"AB-610J")的64个通道和A/D转换器将 微电极和地电平(培养液的电位)之间产生的诱发电位发送到计算机。 放大器的放大因子是100 dB,并且频带为0至10 kHz。但是，当测量 刺激信号产生的诱发电位时，使用低频截止滤波器选择100 Hz至10 kHz的频带。组织或细胞培养部件具有温度调节器、培养液循环器，以及空气和 二氧化碳的混合气的供给。另一种形式的刺激信号是具有消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测电生理学信息的系统，包括：　至少一个探针，包括用于监测放置在探针上的组织样品的多个组织部位的电活动的多个电极；以及　控制器，用来选择用于监测一个或多个组织部位处的电活动的所述电极的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉菲尔H萨维德拉巴尔瑞拉，竹谷诚，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]