CN107323858A - 一种玻璃微电极灌注和贮存装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃微电极灌注和贮存装置及其使用方法，包括用于盛装灌注液的容器，所述容器中设置有微电极固定装置，且微电极固定装置和容器之间通过连接装置一连接，并且连接装置一能够带动微电极固定装置在容器中移动。本发明能够在微电极使用过程中保证微电极的安全，同时其灌注实现自动化，将多个微电极进行同时灌注，而取放过程快捷而方便，又不会对微电极造成伤害，操作人员单手就可以完成，能够降低实验人员的操作复杂度，从而为科研实验的正常开展奠定了良好的基础。

Description

一种玻璃微电极灌注和贮存装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及玻璃微电极灌注和贮存技术，具体涉及一种玻璃微电极灌注和贮存装置及其使用方法。

背景技术

玻璃微电极需要进行灌注、贮存，这类灌注和贮存装置有时也简称为“微电极灌注缸”。

微电极是指尖端很细的电极探针。它可以用于胞内测量，也可以用于胞外测量。对于细胞内测量，通常采用玻璃微电极，内部灌注盐溶液(如饱和的KCL或NaCL)，与电极夹持器的金属接触点之间构成盐桥，从而构成电路的一部分。玻璃微电极尖端用特制仪器拉制得非常细(直径一般不超过1μm)，这样细的针尖刺入植物细胞膜后，质膜很快就能够在针尖刺入处愈合，从而避免细胞膜受到破坏，且容易获得一个比较稳定的膜电势差。

最简单的玻璃微电极可用来测量细胞膜内外的电势差。这时需要两个电极，一个是测量电极，尖端细小，插入细胞内，另一个是参比电极，尖端稍大，安放在细胞外。两电极间的电势差由静电计测量，经放大器放大后由记录仪记录。

从上述使用过程中可以看到，直接拉制好的玻璃微电极并不具有导电的特性，因此并不能当成电极使用。此时就需要利用到这类装置。

这类装置主要是利用玻璃微电极的小直径与大气产生的虹吸作用。使用中充灌成导电液(如饱和的KCl或NaCl)。

目前市面上的微电极灌注缸如图1所示。其使用过程是：将微电极固定座垂直拔出，然后倒置实验台，放两个装置后，取拉制好的微电极固定在微电极固定座上。然后再将微电极固定座置装重新插回到缸体中。其实用过程中存在以下问题：

1、微电极固定座在拔出时一定要垂直且需小心轻放，因为拔出过程的偏置会造成微电极固定座上原有固定的微电极很有可能误接触造成损坏。由于微电极1μm以下的直径的特点很难肉眼发现。因此往往因此影响正常的科研实验开展。

2、取出过程中由于微电极固定座和缸体的紧配合，往往需要两只手的同时操作。将微电极固定座拔出后放于桌面后。再取微电极放于微电极固定座上面。

3、同1过程相反将微电极固定座插回到缸体时同样需要如第1点所述，注意避免误触。

4、如果在固定微电极在微电极固定座放置过程中的经验不够，可能会形成固定深度不合适在插回过程同样可能造成微电极的损坏，如图2所示。或是重复第1，2，过程对微电极重新固定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有微电极取放过程复杂，并且易造成微电极损坏，目的在于提供一种玻璃微电极灌注和贮存装置及其使用方法，解决现有微电极取放过程复杂，并且易造成微电极损坏的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种玻璃微电极灌注和贮存装置，包括用于盛装灌注液的容器，所述容器中设置有微电极固定装置，且微电极固定装置和容器之间通过连接装置一连接，并且连接装置一能够带动微电极固定装置在容器中移动。玻璃微电极本身的现有结构，其极尖端用特制仪器拉制得非常细，其直径一般不超过1μm，由于这种结构特性，其在固定时需要非常小心，但是现有对于玻璃微电极的灌注与贮存装置都是采用在缸体中放置微电极固定座，这种结构的灌注与贮存装置导致玻璃微电极储存和使用时需要先将微电极固定座拔出并倒立垂直放置在平面上，而且在拔出过程中很容易微电极误接触而造成损坏，同时由于微电极1μm以下的直径的特点很难肉眼发现，因此往往因此影响正常的科研实验开展。同时取出过程中由于微电极固定座和缸体的紧配合，往往需要两只手的同时操作而造成非常麻烦，影响整个进度，再将微电极固定座插回到缸体时也很麻烦，而且由于经验不足，可能会形成固定深度不合适在插回过程同样可能造成微电极的损坏。或者需要重新固定而影响整个进度，耗费了时间，本方案设计的微电极灌注和储存装置，则能够克服上述问题，其采用通过连接装置一带动微电极固定装置在容器中移动，不需将微电极固定装置取出放置，只需转动一定的角度，就可以方便地将微电极插入到微电极固定装置中完成贮存和灌注，操作简单而且快捷，同时整个过程的合理设计，插入后的微电极不会与容器产生碰触，从而保护微电极的安全，使得正常的科研实验不受影响，保证了实验的准确性。

为了对容器进行密封，还在容器的顶部开口处设置有端盖，且端盖能够绕着与容器的连接处转动，端盖和微电极固定装置之间通过连接装置二连接，且端盖和微电极固定装置均能绕着与连接装置二的连接处转动，同时将连接装置二的运动轨迹设置在端盖和容器形成的区域中。其优选方案是将连接装置二的数量为两块，两块连接装置二相互平行并且沿着微电极固定装置的中心线对称设置，微电极固定装置设置在两块连接装置二之间，通过打开端盖而带动连接装置二对微电极固定装置进行拉动，实现同步运动，即打开端盖就可以将微电极固定装置从容器中拉出，便于对微电极的储存和使用。

为了保持固定的有效性和稳定性，将连接装置一的数量优选为两块，且两块连接装置一相互平行，两块连接装置一分别与微电极固定装置的连接点和容器的连接点之间依次连接构成平行四边形结构，通过这种平行四边形结构使得微电极固定装置始终保持在水平状态，这样微电极安装在微电极固定装置不会由于倾斜而与容器产生碰触，保护了微电极的安全。

为了便于对微电极插入深度进行精确控制而防止插入深度不合适造成微电极损伤，还在微电极固定装置上安装有深度指示器，且深度指示器上设置有若干根能够指示深度的刻度线，并且将深度指示器设置在容器和端盖形成的区域中，这样人们在插入时有深度便于参考。

微电极固定装置包括微电极固定器和两个电极管固定器夹，电极管固定器夹呈内部中空并且一端相对开口的形式摆放，将微电极固定器设置在电极管固定器夹之间并同时插入到电极管固定器夹中形成固定，深度指示器固定在电极管固定器夹顶面上，同时将电极管固定器夹设置在连接装置一之间，并且每块连接装置一分别与一个电极管固定器夹连接，将连接装置一的运动轨迹设置在端盖和容器形成的区域中，每块连接装置二分别与一个电极管固定器夹连接。通过这种结构设计，能够形成对每个电极管固定器夹的连接，使得动作过程同步并且稳定，对微电极提供最佳保护。

一种玻璃微电极灌注和贮存装置的使用方法，包括以下步骤：

(a)在初始状态将端盖沿着合页向上翻转，此时的初始状态是端盖紧扣在容器的开口端上，带动连接装置一拉动微电极固定装置向上移动，并绕着连接装置一与端盖的连接处转动；

(b)在步骤(a)进行过程中，连接装置二也随着微电极固定装置向上移动，并绕着连接装置二与容器的连接处转动，直到端盖翻折95°至110°后将微电极固定装置完全从容器中移出并保持该状态，因为端盖具有一定的自重，如果将其翻转角度太小，又不能完全打开，影响微电极插入，打开角度太大，又会造成整个装置倾覆，经过实验发现，当端盖翻折角度在95°至110°范围时，能够将端盖完全打开，并且不会倾覆，同时如果操作人员不小心碰触到端盖，其也不会被扣合，从而保证了使用过程中的安全，具体翻转角度根据实际情况设定，只要是在95°至110°都可以；

(c)将微电极根据刻度线的标识固定到微电极固定装置中；

(d)依次重复步骤(b)和(a)过程的逆向过程，即依次沿着步骤(b)和(a)进行反向动作，将微电极固定装置重新放回容器中并盖上端盖，完成微电极的灌注和贮存。

通过上述方法，能够在微电极使用过程中保证微电极的安全，同时其灌注实现自动化，将多个微电极进行同时灌注，而取放过程快捷而方便，又不会对微电极造成伤害，操作人员单手就可以完成，能够降低实验人员的操作复杂度，从而为科研实验的正常开展奠定了良好的基础。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明能够在微电极使用过程中保证微电极的安全，同时其灌注实现自动化，将多个微电极进行同时灌注，而取放过程快捷而方便，又不会对微电极造成伤害，操作人员单手就可以完成，能够降低实验人员的操作复杂度，从而为科研实验的正常开展奠定了良好的基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有微电极灌注装置的结构示意图；

图2为微电机安装在现有灌注装置的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的动作原理图；

图5为本发明的总受力分析图；

图6为端盖和连接装置二连接点受力示意图；

图7为铰链一的受力示意图；

图8为铰链二的受力示意图；

图9为连接装置二的受力示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-微电极固定座，2-缸体，3-端盖，4-深度指示器，5-连接装置二，6-容器，7-微电极固定装置，8-铰链一，9-铰链二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图9所示，一种玻璃微电极灌注和贮存装置，包括用于盛装灌注液的容器6，所述容器6中设置有微电极固定装置7，且微电极固定装置7和容器6之间通过铰链作为连接装置一进行连接，并且连接装置一能够带动微电极固定装置7在容器6中移动。现有的结构是微电极固定座1插入到缸体2中，其造成微电极取放过程复杂，并且易造成微电极损坏，本实施例中通过铰链带动微电极固定装置7在容器6中移动从而将微电极固定装置7移动到容器6外部，这样方便操作人员将微电极插入到微电极固定装置7，整个过程不会造成微电极的损坏，其单手就可以完成操作，操作方便。

实施例2：

如图3至图9所示，在实施例1的基础上，在容器6的顶部开口处设置有端盖3，端盖3和容器6通过合页连接，且端盖3能够绕着合页与容器6进行转动，端盖3和微电极固定装置7之间通过连接装置二5连接，且端盖3和微电极固定装置7均能绕着与连接装置二5的连接处转动，连接装置一和连接装置二5的运动轨迹均设置在端盖3和容器6形成的区域中。本方案中容器6和端盖3均采用透明有机玻璃制作，整个装置的外形尺寸为166×80×93cm，灌注液容器外部尺寸为166×80×73cm，内部型腔为156×70×68cm，顶部有宽2cm高2cm的凸台围绕一周，型腔内部左右两侧有两高为3cm外径为16cm内孔径为5cm的凸台，定位尺寸水平为20cm，30cm，竖值为10cm，后部有直径为4cm安装合页的安装孔；端盖3外部尺寸为166×80×20cm，内部型腔为160×74×17cm，端盖3型腔内部左右两侧有两高为10cm外径为12cm内孔径为5cm的凸台，在其两侧的中心位置，后部有直径为4cm安装合页的安装孔。

实施例3：

如图3至图9所示，在上述实施例的基础上，微电极固定装置7上安装有深度指示器4，且深度指示器4上设置有若干根能够指示深度的刻度线，深度指示器4设置在容器6和端盖3形成的区域中。深度指示器4的刻度线含最低，最高，最佳位置指示线。深度指示装置采用透明有机玻璃，其余配件均为不锈钢材质以防导电液锈蚀。深度指示器4为L型结构，长128cm高25cm宽11cm厚度为2cm，刻度线槽长84cm线宽0.2cm深0.1cm。固定在左右电极管固定器夹上。微电极管上端建议在最高最低指示线之间，以此为前提微电极管长度最短为40cm，最长为65cm，建议勿使用零界值微电极管。

实施例4：

如图3至图9所示，在上述实施例的基础上，微电极固定装置7包括微电极固定器和电极管固定器夹，且微电极固定器设置在电极管固定器夹之间并同时插入到电极管固定器夹中形成固定，深度指示器4固定在电极管固定器夹顶面上，连接装置一和连接装置二5均与电极管固定器夹连接。微电极固定器采用白色硅胶，电极管固定器夹采用乳白色ABS，其中电极管固定器夹均有用于固定连接装置一和连接装置二的轴，分为长轴与短轴，分别为16cm、5cm和26cm、5cm，水平方向均在中心线；长、短轴皆为阶梯轴，长轴长为10cm，短轴长为5cm，使用部分直径为5cm，宽为2cm。微电极固定器外形尺寸为130×30×10cm四角倒圆R2，长卡槽为1.2×10cm数量7个，短卡槽为1.5×6cm数量为6个，共计13个卡槽，呈一长一短交替排列，将其固定在电极管固定器夹上；可同时使用多根微电极管，长卡槽适用于微电极管直径为大于1.2cm小于1.4cm，短卡槽适用于微电极管直径大于1.5cm小于1.7cm。

连接装置一和连接装置二5均为铰链，铰链的孔大小为5cm，中心距离分别为30cm和40cm；电极管固定器夹上的长轴与短轴同铰链相连，采用卡簧限位；连接装置二5的铰链分别与灌注液容器、端盖3的凸台连接，采用不锈钢铆扣钉。铰链绕着不锈钢铆扣钉最大旋转角度为95°至110°，旋转到这个角度范围内，将端盖3重心后移，既可以防止由于轻微碰触端盖3而造成端盖3扣回到容器6上，也保证了整个装置的稳定性，不会倾翻。

连接装置一和连接装置二的数量最佳均为两块，且两块连接装置一相互平行，两块连接装置一分别与微电极固定装置7的连接点和容器6的连接点之间依次连接构成平行四边形结构，为方便描述，将两个连接装置一分别命名为铰链一8和铰链二9，电极管固定器夹设置在铰链一8和铰链二9之间，铰链一8和铰链二9分别与一个电极管固定器夹连接。连接装置二5的数量为两块，两块连接装置二5相互平行并且沿着微电极固定装置7的中心线对称设置，微电极固定装置7设置在两块连接装置二5之间，并且每块连接装置二5分别与一个电极管固定器夹连接。

本发明采用固定平行四边形的任意两角，拉扯其中剩下的两角，其自由两角之间的杆始终保持水平的原理。其受力分析如图4所示，其中A、B点固定，C、D两点采用可动形式，虚线就是一平行四边形结构。在运动的过程中铰链一8绕A点做圆周运动，铰链二9绕B点做圆周运动，由于AB＝AC所以CD始终在一水平上。再有连接装置二5带动CD杆来驱动其运动。

如图5至图9所示，本发明的总受力分析如下：

在图5中，根据整体在一个静态平衡的状态，得到：

FL＝M。

其中：M为力矩，L为作用力矩到旋转轴距离，F为力矩转换成的力。

将F分解水平和竖直方向有FX和FY，得到：

FY+G+FN2＝0；

FX+f<＝0；

f＝uFN2。

其中：G为装置的重力，FN2为装置对台面的压力的反作用力，f为摩擦力，u为摩擦因数。

在图6中，将FA分解在水平和竖直得FAX和FAY，根据力平衡方程：

F6X+FAX＝0；

F6Y+FAY＝0；

其中：FA为连接装置对其铰链轴作用力，F6Y.F6X为盖子对铰链轴的作用力，与后面F5X和F5Y大小相等，方向相反。

在图7中，将FN分解在水平方向(FNX)和竖直方向(FNY)，初始位置FN不等于0，其它任意位FN＝0(合上盖子的时即为初始位置)，根据力平衡方程有：

F1X+FNX+F2X＝0；

F1Y+F2Y+G1+FNY＝0；

其中：FN为固定结构的铰链1对盖子的压力的反作用力，F1Y.F1X.F2X.F2Y为铰链1的各铰链轴点的水平方向和竖直方向的分力，G1为铰链1的重力各自代表的含义。

在图8中，将FN1分解在水平(FN1X)和竖直(FN1Y)方向，初始位置FN1不等于0,其它任意位FN1＝0(合上盖子时候即为初始位置)，根据力平衡方程有：

F2X+F3X+FN1X＝0；

F2Y+F3Y+FN1Y+G3＝0；

其中：F2X.F2Y.F3X.F3Y为铰链二的各铰链轴点的水平方向和竖直方向的分力，G3为铰链二的自身重力，FN1固定结构的铰链二对盖子的压力的反作用力，其与上式中F2Y.F2X相同，均承受一半力。

在图9中，根据力平衡方程有：

F4X+F5X＝0；

F4Y+F5Y+G2＝0。

其中：F4Y.F4X.F5X.F5Y为连接装置的各铰链轴点的水平方向和竖直方向的分力，F5X.F5Y与F1X.F1Y是作用力与反作用力，大小相等方向相反，G2为连接装置自身重力。

综上，在运动的过程中整个部件保持在一个力平衡状态。

实施例5：

如图3所示，一种玻璃微电极灌注和贮存装置的使用方法，包括以下步骤：

(a)在初始状态将端盖3沿着合页向上翻转，由于连接装置一和端盖3连接，从而带动连接装置一拉动微电极固定装置7向上移动，并绕着连接装置一与端盖3的连接处转动；

(b)在步骤(a)进行过程中，连接装置二5也随着微电极固定装置7向上移动，并绕着连接装置二5与容器6的连接处转动，直到端盖3翻折95°后将微电极固定装置7完全从容器6中移出并保持该状态，此时微电极固定装置7和容器保持一定高度便于进行微电极的固定；

(c)将微电极根据刻度线的标识固定到微电极固定装置7中；

(d)依次重复步骤(b)和(a)过程的逆向过程，完成微电极的灌注和贮存。

在上述使用方法中，首先在端盖3打开过程中由于合页及铰链的约束其运动轨迹是固定的，可以避免微电极固定装置7在伴随上升过程中存在的误碰微电极造成损伤的问题；同时该操作不需要双手协交换等调操作降低了操作风险。固定微电极时由于深度指示器4的作用，可以让实验人员把微电极的固定一次到位避免微电极的损坏及重复操作风险。

实施例6：

如图3所示，本实施例与实施例5的方式基本相同，不同之处在于：端盖3的翻折角度为110°。在这种翻转角度时，依然能够保持整个装置的稳定性而不会倾翻，同时又能够将微电极固定装置7完全从容器6中移出便于将微电极根据刻度线的标识固定到微电极固定装置7中，保证微电极使用安全和便利性。

实施例7：

如图3所示，本实施例与实施例6的方式基本相同，不同之处在于：端盖3的翻折角度为102.5°。在这种翻转角度时，依然能够保持整个装置的稳定性而不会倾翻，同时又能够将微电极固定装置7完全从容器6中移出便于将微电极根据刻度线的标识固定到微电极固定装置7中，保证微电极使用安全和便利性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃微电极灌注和贮存装置，包括用于盛装灌注液的容器(6)，其特征在于，所述容器(6)中设置有微电极固定装置(7)，且微电极固定装置(7)和容器(6)之间通过连接装置一连接，并且连接装置一能够带动微电极固定装置(7)在容器(6)中移动。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述容器(6)的顶部开口处设置有端盖(3)，且端盖(3)能够绕着与容器(6)的连接处转动，端盖(3)和微电极固定装置(7)之间通过连接装置二(5)连接，且端盖(3)和微电极固定装置(7)均能绕着与连接装置二(5)的连接处转动。

3.根据权利要求2所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述连接装置一和连接装置二(5)的运动轨迹均设置在端盖(3)和容器(6)形成的区域中。

4.根据权利要求2所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述微电极固定装置(7)上安装有深度指示器(4)，且深度指示器(4)上设置有若干根能够指示深度的刻度线。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述深度指示器4设置在容器(6)和端盖(3)形成的区域中。

6.根据权利要求4所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述微电极固定装置(7)包括微电极固定器和电极管固定器夹，且微电极固定器设置在电极管固定器夹之间并同时插入到电极管固定器夹中形成固定，深度指示器(4)固定在电极管固定器夹顶面上，连接装置一和连接装置二(5)均与电极管固定器夹连接。

7.根据权利要求6所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述连接装置一的数量为两块，且两块连接装置一相互平行，两块连接装置一分别与微电极固定装置(7)的连接点和容器(6)的连接点之间依次连接构成平行四边形结构。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述电极管固定器夹设置在连接装置一之间，并且每块连接装置一分别与一个电极管固定器夹连接。

9.根据权利要求6所述的一种玻璃微电极灌注和贮存装置，其特征在于，所述连接装置二(5)的数量为两块，两块连接装置二(5)相互平行并且沿着微电极固定装置(7)的中心线对称设置，微电极固定装置(7)设置在两块连接装置二(5)之间，并且每块连接装置二(5)分别与一个电极管固定器夹连接。

10.一种玻璃微电极灌注和贮存装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在初始状态将端盖(3)沿着合页向上翻转，带动连接装置一拉动微电极固定装置(7)向上移动，并绕着连接装置一与端盖(3)的连接处转动；

(b)在步骤(a)进行过程中，连接装置二(5)也随着微电极固定装置(7)向上移动，并绕着连接装置二(5)与容器(6)的连接处转动，直到端盖(3)翻折95°至110°后将微电极固定装置(7)完全从容器(6)中移出并保持该状态；

(c)将微电极根据刻度线的标识固定到微电极固定装置(7)中；

(d)依次重复步骤(b)和(a)过程的逆向过程，完成微电极的灌注和贮存。