CN103040537B - 电渗/压力技术微量给药换药装置及其使用和制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电渗/压力技术微量给药换药装置及其使用和制作方法，所述装置包括玻璃微电极、第一PE管、第二PE管和第三PE管；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段、玻璃微电极细段和玻璃微电极颈部；所述玻璃微电极颈部为玻璃微电极粗段和玻璃微电极细段之间的结合部；第一PE管和第二PE管的直径小于第三PE管的直径；第一PE管、第二PE管第三PE管插于玻璃微电极粗段开口处，第一PE管、第二PE管、第三PE管和玻璃微电极粗段间的缝隙密封。本发明省却了给药时对动物的麻醉和手扶给药芯管的操作；消除了传统给药法的定位误差；同一装置集合多种功能，同一装置可进行药物填充和更换；消除了老式给药法中引导管堵塞之虞；可选择性使用电渗法或压力注射法进行微量给药；整体设备制作简单、便宜，给药过程更方便。

Description

电渗/压力技术微量给药换药装置及其使用和制作方法

【技术领域】

本发明属于生物医学实验领域，特别涉及一种电渗/压力技术微量给药换药装置及其使用和制作方法。

【背景技术】

脑定位注射技术对于神经束路、神经回路研究以及药物的神经作用机制、神经药理学研究都有着十分重要的作用。二十一世纪的神经科学研究工作涉及多学科、多技术交叉应用，因此，很多神经科学研究人员都要应用脑定位注射技术。应用脑定位注射技术可向脑内特定区域注射示踪剂，观察、分析神经核团之间的纤维联系和神经回路；还可以给脑核团或脑区注射微量药物，如受体的激动剂、拮抗剂、蛋白抑制剂等，通过观察动物行为变化，分析药物的作用效果和药物作用的神经生物学机制，为临床药物研究、开发提供重要的理论证据。

脑定位注射的难点和基本要求是获得准确的注射部位和局限的药物注射范围并可以微量控制注射剂量。以往的脑定位注射技术包含以下主要步骤：采用立体定位仪向脑内埋植套管，套管尖端定位在脑“靶区”上端2mm处，然后结束手术将套管固定在动物颅骨上，并在套管内插入消毒金属芯；制作一根给药金属芯管，使其一端连上PE管，该PE管再连接微量进样器；给药时，以乙醚麻醉动物，拔除套管内的金属芯，再将吸有药物的给药芯管插入套管，使给药芯管达到脑“靶区”；最后，通过微量进样器给予正压，将药物注入脑“靶区”。值得注意的是：制作给药芯管时，应使其比套管长，以保证其在插入套管后芯管头端伸出套管脑内开口2mm。然后通过压力注射的方法，向脑内注射微量药物。另外，整个给药时间内，应手扶以固定给药芯管，以免其从套管内脱出。

上述给药方法有以下缺点：（1）定位难以保证准确，对于小核团而言尤其如此。如上述，给药芯管和套管相互独立，分别制作。制作完备后，芯管相对于套管脑内开口超出“2mm”。然而，这一“2mm”长度是经裸眼观察下应用游标卡尺度量来确定、手工打磨操作而成的，很可能有较大误差。而应用立体定位仪进行脑内核团定位时的精度要求达到10^-1mm。那么，如果研究者将不精确的“2mm”仍假定为精确的2mm，即使先前埋入脑内的套管经过了严格的立体定位，则插入给药芯管后也会造成定位不准确。（2）微量给药常需要较为昂贵的设备。传统脑定位注射给药技术，对于较大“靶”脑区可以用手动推动注射器正压给药；若“靶区”小或者要缓慢微量给药则需藉助微量注射泵（如harvard pump11精密注射泵）推动微量进样器给药。微量注射泵可以精确调控给药量，给药速度缓慢，效果好，但是该泵价格昂贵（约5万元）。（3）整个给药期间，需要用乙醚或其它麻醉剂麻醉动物，使其处于轻度麻醉状态，以便动物静止而能够使人用手固定给药芯管，使其不至与套管发生位移或从套管脱出。然而，要足够长时间保持动物麻醉状态，常常比较困难。（4）动物在饲养期间，每天都需要松动手术时插入套管内的金属芯，以防手术插入的套管和金属芯因为组织液渗入套管内、风干并“套死”金属芯。因为如若芯被“套死”不能拔出，则后续给药芯管无法插入，后续实验将无法进行。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种成本低、操作方便、定位准确的电渗/压力技术微量给药换药装置及其使用和制作方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电渗/压力技术微量给药换药装置，包括玻璃微电极、第一PE管、第二PE管和第三PE管；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段、玻璃微电极细段和玻璃微电极颈部；所述玻璃微电极颈部为玻璃微电极粗段和玻璃微电极细段之间的结合部；第一PE管和第二PE管的内、外直径均分别小于第三PE管的内、外直径；第一PE管、第二PE管第三PE管插于玻璃微电极粗段开口处，第一PE管、第二PE管、第三PE管和玻璃微电极粗段间的缝隙密封。

本发明进一步的改进在于：玻璃微电极细段的尖端内径为50~200微米。

本发明进一步的改进在于：玻璃微电极细段呈圆锥形状。

本发明进一步的改进在于：第一PE管和第二PE管的外径均为400微米，内径均为280微米。

本发明进一步的改进在于：第三PE管的外径为800微米，内径为300~500微米。

本发明进一步的改进在于：第一PE管、第二PE管、第三PE管和玻璃微电极粗段间的缝隙通过万能胶或502瞬间粘合剂密封。

本发明进一步的改进在于：所述第三PE管中设有插入玻璃微电极内并接触玻璃微电极内药液的银丝电极。

本发明进一步的改进在于：第三PE管的末端封闭；第一PE管和第二PE管中的一个末端封闭，另一个末端连接微量注射器。

电渗/压力技术微量给药换药装置的使用方法：给药时，将装有药物的微量注射器的针头插入换药芯管一端，换药芯管另一端穿经第三PE管插入玻璃微电极，使换药芯管尖端到达玻璃微电极细段起始部位；注入1~2微升药物；上、下移动换药芯管，使换药芯管尖端往返于玻璃微电极的尖端和玻璃微电极细段之间3~5次，药物会自动充入玻璃微电极细段内。

本发明进一步的改进在于：换药时，保持第一PE管、第二PE管和第三PE管外口开放，将微量注射器针头插入换药芯管一端，换药芯管另一端经第三PE管引导，插入玻璃微电极并使换药芯管尖端到达到玻璃微电极尖端部位；回抽微量注射器给予换药芯管负压，轻轻吸去玻璃微电极细段原有药物，直到全部吸取为止。然后，按照应用给药方法将另一种药物充入玻璃电极细段6内。

一种电渗/压力技术微量给药换药装置的制作方法，包括以下步骤：

1）应用拉管机将内径1200微米、外径1500微米的硼硅酸盐玻璃毛细管拉制成尖端直径为50~200微米的玻璃微电极；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段、玻璃微电极细段和玻璃微电极颈部；所述玻璃微电极颈部为玻璃微电极粗段和玻璃微电极细段之间的结合部；玻璃微电极粗段的长度为5毫米；

2）将2根长度为5~8厘米、外径400微米、内径280微米的细PE管和1根长5厘米、外径800微米、内径300~500微米的粗PE管，插入玻璃微电极粗段内。

本发明进一步的改进在于：将插有两根细PE管和一根粗PE管的玻璃微电极粗段开口处以万能胶或502瞬间粘合剂封闭。

相对于现有技术，应用本发明装置给药，有以下优点：①定位更加精确。首先，埋入脑内的玻璃管电极是一个整体，减少了定位误差环节和误差可能性。手术埋入该装置时，由于是作为一个整体并在立体定位仪的控制下进行的，而且定位仪的调节精度可达10^-1mm，因而定位可以更加准确。②因使用玻璃材料拉制电极，电极尖端直径可以方便的进行人为控制。如果脑“靶区”很小，可以采用尖端拉制的很细的电极，保证药物注射区局限在目标核团内。③可在动物清醒、活动状态下给药，省却了给药时对动物的麻醉和手扶给药芯管的操作。这是该发明的另一明显优势。④同一装置集合多种功能，研究者可选择性使用电泳、压力注射法给药；⑤，可应用同一装置，方便地进行药物填充和替换。⑥整体装置制作简单、经济。传统脑定位注射所用套管、给药芯管都是公司生产的成品，管的内外径大小均为固定的，很难根据具体实验对其进行调整，因此需要研究者根据实验选择购置合适的型号、规格。相比之下，本装置采用玻璃电极、PE管等为材料，可灵活选用，且可简单、快速拉制成符合实验需要的规格。此外，应用电渗法给药时，可使给药速度缓慢、给药剂量可控，只需要配备价格便宜的微电流电泳仪（如南京大学产的WDY微电流电泳,价格约2000元）即可。操作方便、省工。一旦将药物装入，给药时省却了麻醉、装药、手扶芯管、清洗芯管等步骤。同时，消除了老式给药法中芯管“套死“之虞，也避免了动物在整个生存饲养期间套管刮擦、碰撞笼壁而致使套管移位、脱落的情况。

【附图说明】

图1A为本发明电渗/压力技术微量给药换药装置的结构示意图。

图1B为采用立体定位仪将电渗/压力技术微量给药换药装置电极尖端定位于靶脑区示意图。

图1C（包括图①-④）显示微量药物置换方法。

图1D显示离子电渗法脑区微量给药方法示意图（有银丝10插入）。

图1E显示压力注射法脑区微量给药方法示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1A至图1E所示，本发明电渗/压力技术微量给药换药装置，包括玻璃微电极、第一PE管1、第二PE管2和第三PE管3；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段5、玻璃微电极细段6和粗段与细段的结合部，即玻璃微电极颈部7。第一PE管1、第二PE管2的直径相等且小于第三PE管3的直径；第一PE管1、第二PE管2和第三PE管3插于玻璃微电极粗段5开口处，并通过万能胶或502瞬间粘合剂将第一PE管1、第二PE管2、第三PE管和玻璃微电极粗段5间的缝隙密封。

本发明电渗/压力技术微量给药换药装置的制作方法，包括以下步骤：

1）应用拉管机将内径1200微米、外径1500微米的硼硅酸盐玻璃毛细管（如Clark Electromedical Instruments公司的GC150TF-15型产品）拉制尖端内直径为50~200微米的玻璃管电极，粗段5（内径1200微米、外径1500微米）保留5毫米长左右，细段6长度依据给药脑区具体位置而定；

2）将2根长度5~8厘米（依具体实验，该段长度可调整）、外径400微米、内径280微米的第一PE管1、第二PE管2和1根长5厘米左右、外径800微米、内径300~500微米的第三PE管3，插入上述玻璃微电极粗段5内，如图1A。

3）将插有第一PE管1、第二PE管2和第三PE管3的玻璃微电极粗段5开口处以万能胶或502瞬间粘合剂封闭。

4）将微量进样器塑料移液吸头（美国AXYGEN公司生产，规格：1-200μl）灼烧软化后拉制成外径为100~200微米、长度为3~10厘米的塑料换药芯管4。至此，微量药物置换装置即已制作完毕。

5）如图1B，动物在麻醉状态下，应用大鼠立体定位仪将微量药物置换装置埋入脑内，使电极尖端精确定位于脑内靶区，电极粗段5以牙科水泥8固定，第一PE管1、第二PE管2穿经皮下经颈部皮肤开口管暴露于体外，粗的第三PE管3直立暴露于体外；同时将一根直径为280微米、长5~8厘米的银丝电极9埋入皮下，该电极另一端与细的第一PE管1、第二PE管2一同暴露于皮下。按照先粗后细的顺序封闭3根PE管。

如埋入的电极未充药物，参考本发明药物置换方法中的步骤，将药物填充入电极内。按照先粗后细的顺序封闭3根PE管。

饲养动物7天作为手术后恢复期。经过上述步骤之后，即可进行换药、给药实验。

本发明电渗/压力技术微量给药换药装置的使用方法（电极药物充填方法），包括：

药物填充及置换：在体外（即上述4）以后）或上述5）步骤之后进行以下步骤。保持第一PE管1、第二PE管2和第三PE管3外口开放，将微量注射器针头插入换药芯管4一端，另一端经第三PE管3引导，插入玻璃微电极并使芯管尖端到达到电极尖端部位；回抽注射器给予芯管负压，轻轻吸去电极细段原有药物，直到全部吸取为止（因原来电极内存留的药物量已知，只要注射器回抽的气体体积大于电极细段原来存留的药量，即可完全移去电极内原来存留的药量）。

然后，将装有药物的微量注射器的针头插入换药芯管4一端，另一端穿经第三PE管3插入玻璃微电极，使换药芯管尖端到达玻璃微电极细段6起始部位；注入1~2微升药物（图1C的③）；上、下移动换药芯管4，使尖端往返于电极尖端和细段之间3~5次，药物会自动充入玻璃微电极细段6内，如图1①-④。

为了实现脑内定位微量给药，本发明离子电渗方法向脑区进行微量药物注射的方法采用如下技术方案：

离子电渗方法向脑区进行微量药物注射的方法包括以下步骤，如图1D所示：

1）动物麻醉状态下，利用立体定位仪，将制作好的玻璃微电极（可预先体外注入药物）埋入脑内，使玻璃微电极尖端定位于特定的核团（如图1B）。保持第三PE管3开口开放，将1根直径为280微米、长5~8厘米的银丝电极10经第三PE管3插入，银丝尖端到达电极细段，触及药物。

2）分别以两根银丝电极作为正、负极（其中一根电极在手术时已经埋入脑内），应用微电泳仪常规电泳方法将药物泳入。

3）电泳完毕，按先粗后细的顺序用瞬间粘合剂封闭3根PE管。

为了实现脑内定位微量给药，本发明压力注射法向脑区进行微量药物注射的方法采用如下技术方案，如图1E所示：

利用压力注射法向脑区进行微量药物注射的方法包括以下步骤：

1）药物置换装置埋入脑内的状态下，动物清醒时打开处于封闭状态的第一PE管1和第二PE管2开口，保持第三PE管3开口封闭状态。微量进样器针头插入第一PE管1或第二PE管2中的一根，封闭另一根细PE管。

2）按照要求注射量，缓慢轻推微量进样器，靠压力将药品注入到脑区，推入与欲注射药品等量的空气即可。注射完毕后，开放步骤1）中封闭的细PE管开口，移去进样器针头，封闭2个PE管开口。

本发明电渗/压力技术微量给药换药装置的适用于生理、病理条件下动物清醒状态下，在体应用电渗或压力注射法给予“脑靶区”同种或不同种类微量药物，通过观察药物对动物行为的影响，分析药物作用效果、作用机理等。

Claims (6)

1.电渗/压力技术微量给药换药装置，其特征在于，包括玻璃微电极、第一PE管(1)、第二PE管(2)和第三PE管(3)；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段(5)、玻璃微电极细段(6)和玻璃微电极颈部(7)；所述玻璃微电极颈部(7)为玻璃微电极粗段(5)和玻璃微电极细段(6)之间的结合部；第一PE管(1)和第二PE管(2)的直径小于第三PE管(3)的直径；第一PE管(1)、第二PE管(2)第三PE管(3)插于玻璃微电极粗段(5)开口处，第一PE管(1)、第二PE管(2)、第三PE管(3)和玻璃微电极粗段(5)间的缝隙密封；

玻璃微电极细段(6)的尖端内径为50～200微米；

第一PE管(1)和第二PE管(2)的外径均为400微米，内径均为280微米；

第三PE管(3)的外径为800微米，内径为300～500微米；

第一PE管(1)、第二PE管(2)、第三PE管(3)和玻璃微电极粗段(5)间的缝隙通过万能胶或502瞬间粘合剂密封。

2.根据权利要求1所述的电渗/压力技术微量给药换药装置，其特征在于，所述第三PE管(3)中设有插入玻璃微电极内并接触玻璃微电极内药液的银丝电极。

3.根据权利要求1所述的电渗/压力技术微量给药换药装置，其特征在于，给药时，将装有药物的微量注射器的针头插入换药芯管(4)一端，换药芯管(4)另一端穿经第三PE管(3)插入玻璃微电极，使换药芯管(4)尖端到达玻璃微电极细段(6)起始部位；注入1～2微升药物；上、下移动换药芯管(4)，使换药芯管(4)尖端往返于玻璃微电极的尖端和玻璃微电极细段(6)之间3～5次，药物会自动充入玻璃微电极细段(6)内。

4.根据权利要求3所述的电渗/压力技术微量给药换药装置，其特征在于，换药时，保持第一PE管(1)、第二PE管(2)和第三PE管(3)外口开放，将微量注射器针头插入换药芯管(4)一端，换药芯管(4)另一端经第三PE管(3)引导，插入玻璃微电极并使换药芯管(4)尖端到达到玻璃微电极尖端部位；回抽微量注射器给予换药芯管(4)负压，轻轻吸去玻璃微电极细段(6)原有药物，直到全部吸取为止。

5.根据权利要求1所述的电渗/压力技术微量给药换药装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)应用拉管机将内径1200微米、外径1500微米的硼硅酸盐玻璃毛细管拉制尖端直径为50～200微米的玻璃微电极；玻璃微电极包括玻璃微电极粗段(5)、玻璃微电极细段(6)和玻璃微电极颈部(7)；所述玻璃微电极颈部(7)为玻璃微电极粗段(5)和玻璃微电极细段(6)之间的结合部；玻璃微电极粗段(5)的长度为5毫米；

2)将2根长度为5～8厘米、外径400微米、内径280微米的细PE管和1根长5厘米、外径800微米、内径300～500微米的粗PE管，插入玻璃微电极粗段(5)内。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，将插有两根细PE管和一根粗PE管的玻璃微电极粗段(5)开口处以万能胶或502瞬间粘合剂封闭。