CN109001113A - 功能化光学透镜和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学透镜，其具有包覆有换能器的光学透明表面，所述换能器适于激励样品中的激励信号，其中，所述光学透镜适于实现来自所述光学透明表面的一侧的光源和来自所述光学透明表面的另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使所述光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者。本发明也提供一种光学透镜的制造方法。

Description

功能化光学透镜和制造方法
技术领域
本发明涉及一种用来观察生物样品的光学透镜，更具体地涉及在其上具有换能器的功能化的光学透镜和制造所述功能化的光学透镜的方法。
背景技术
电穿孔过程是一种分子生物技术，其中，电场被施加到细胞以增强细胞膜渗透性，允许化合物、药物或脱氧核糖核酸(称为DNA)引入到细胞中。电穿孔(也称为电通透)是用来将分子引入到体内细胞中和体外测定的物理方法。它由产生纳米尺度级别的小孔组成，该小孔在细胞膜上通过施加受控制的电场而生成。在分子生物学中，电穿孔的过程经常用于通过引入新的编码DNA而转变细菌、酵母或原生质体。电穿孔也高效地用来将外来基因引入组织培养细胞。该过程具体地可用于各种用途，诸如肿瘤治疗、基因治疗以及基于细胞的治疗。
常规电穿孔技术主要由首先将细胞与它们的自然介质隔离和随后将细胞浸没在传导性介质中和使细胞暴露到电场组成。虽然单个细胞的电穿孔允许研究细胞操纵的新方法(这可能有利于根据特定细胞的形态和被施加的电场的配置而改善这些特定细胞的响应)，但这个过程的效率是低的，这是由于大多数单个细胞当从它们的自然环境被移除时死亡。除了这个高的细胞死亡率和低的效率外，目前方法需要大量样品试剂和较长时间来重复该测试以便发现最佳条件。此外，常规电穿孔方法不能与实时监测技术容易地集成，该实时监测技术用来直接可视化细胞/样品发生的情况，这对于研究细胞内的化学物质或药物探针的吸收机理是非常有用的。
只有在存在于细胞周围的电场不超过阈值电场的情况下，电穿孔过程才是非侵入式方法。但因电场依赖于多个因素，电场阈值非常难控制。所述因素包括几何结构(电极间距离，每一电极的宽、长和厚度)和材料性质(电极表面粗糙度和传导性)，电条件(被施加的电压的幅值、脉冲率和脉冲持续时间)。而且电场取决于生物化学条件(培养介质的电性质，活细胞的类型和所用的转染分子)。
电穿孔过程可能需要其它类型的装置，其用于感测生物化学微环境条件(例如，pH值、传导性、介电性质)和用于电磁、电泳和双向电泳操纵目的(使用被实现在光学透镜的表面上的电极或线圈)。
由于目前缺点(包括低效率、高细胞死亡率以及上文强调的其它困难)，仍然需要一种系统，其具有优化电穿孔过程(包括电和生物化学条件的优化)的能力以增进转染的效率且保证高细胞存活率。另外，仍然需要一种系统和方法，其能够激励这些条件并且在这个过程期间通过激励过程的直接可视化而实时地监测细胞的活动。
发明内容
作为本发明的第一方面，提供一种光学透镜，其具有包覆有换能器的光学透明表面，换能器适于激励样品中的激励信号。光学透镜适于实现来自光学透明表面的一侧的光源和来自表面的另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者。
在一个实施例中，光学透镜是显微镜物镜且光源是显微镜。
光学透镜可以是适于机械地联接到显微镜物镜的透镜盖，并且光源可以是显微镜。
优选地，样品和换能器具有微观尺度，并且激励和光学操作以微观尺度进行。
优选地，光学操作包括在激励过程期间观察、监测或记录换能器和样品的图像。
优选地，光学透明表面由玻璃、硅或聚合物组成。
在一个实施例中，换能器包括微电极阵列且激励信号是电信号。
优选地，样品包括一个或更多个活细胞以便通过电信号的激励在一个或更多个活细胞中进行电穿孔。
在另一实施例中，换能器可包括磁线圈且激励信号可以是磁场。
优选地，光学透镜还包括微流体结构，其适于将流体注射在样品内。
优选地，各个换能器被包覆在光学透明表面上，在它们之间形成空间，流体通过所述空间从微流体结构被引导到样品。
优选地，换能器是微电极，激励信号是电场，样品包括一个或更多个活细胞，流体是在激励过程期间用来注射在一或更多个活细胞内的药物，且激励过程是使用电场对一个或更多个活细胞进行电穿孔。
在本发明的另一方面中，提供一种系统，该系统包括：
-光学透镜，其具有包覆有换能器的光学透明表面，换能器适于激励样品中的激励信号，其中，光学透镜适于实现来自光学透明表面一侧的光源和来自表面另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以使光源能进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者；
-激励发生器，其适于连接到换能器以便产生激励信号和将激励信号传输到换能器；
-操作装置，其适于连接到激励发生器以便控制激励发生器。
优选地：
-换能器包括微电极的阵列并且激励信号是具有信号特性的电信号；
-激励发生器是可编程的电脉冲发生器；并且
-操作装置通过指定电激励信号的信号特性而控制脉冲发生器。
优选地，操作装置适于连接到光源以便接收和处理通过光学操作而获得的图像。
优选地，光学透镜是显微镜物镜或适于机械地联接到显微镜物镜的透镜盖，并且光源是显微镜。
优选地，操作装置适于连接到显微镜的调节机构以便相对于样品对光学透镜进行位置调节。
优选地，位置调节是三维的且以数厘米到数微米的尺度进行。
优选地，样品包括一个或更多个活细胞以便通过电信号的激励在一个或更多个活细胞中进行电穿孔。
本发明的另一方面提供一种制造用来与光源一起使用的激励装置的方法，其包括将换能器包覆在光学透镜的光学透明表面上，换能器适于激励样品中的激励信号。光学透镜适于实现来自表面一侧的光源和来自表面另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者。
优选地，换能器是微电极，光源是显微镜，光学透镜是显微镜物镜或适于联接到显微镜物镜的盖。
优选地，所述方法还包括将微流体结构集成在微电极上方以便将流体引导在样品内。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施例的系统。
图2示出根据本发明的一个实施例的功能化的光学透镜或光学透镜盖。
图3示出根据本发明的一个实施例的换能器阵列。
图4示出根据本发明的一个实施例的电极阵列。
图5示出根据本发明的一个实施例的磁微线圈的阵列。
图6示出根据本发明的一个实施例的微流体结构。
图7是根据本发明的一个实施例的微流体结构的侧视图。
具体实施方式
在图1和2中示出一种用来以微观尺度激励样品170的系统100。系统100包括：光学透镜110，该光学透镜适于操作性地连接到光源，光学透镜110具有包覆有换能器140的光学透明表面160；激励发生器120，该激励发生器适于连接到换能器140以产生用来激励换能器140的激励信号；和操作装置130，该操作装置适于连接到激励发生器120以控制激励信号。取决于不同用途，换能器140可以是传感器、致动器和/或晶体管、电极、磁线圈等等。根据本发明的任何实施例适应的光学透镜110，在这里可互换地被称为光学透镜或功能化的光学透镜。
光学透镜110具有包覆有换能器140的光学透明表面160并且适于实现从光学透明表面160的一侧的光源和来自该表面的另一侧的换能器140和(一个或更多个)样品170之间的光学通信，以便使光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器140和样品170二者。这优选地以微观水平进行。样品170可以是表面上的单个生物样品，或者可以是放置在光源下的表面上的多个样品。在本发明的一个实施例中，光学操作包括在激励过程期间观察、可视化、监测和/或记录换能器140和样品170的图像。
在本发明的一个实施例中，光学透镜110是显微镜物镜并且光源是显微镜。在本发明的一个实施例中，光学透镜110是透镜盖，该透镜盖适于(永久地，或暂时地，或以可移除的方式)机械地联接到显微镜物镜。当光学透镜110是显微镜物镜或适于联接到显微镜物镜的透镜盖时，光源包括显微镜。
在本发明的一个实施例中，换能器140包括一些电极，这些电极用来向样品170施加电激励并且任选地用来感测电激励响应。如图4中所绘示，电极可以呈现为电极阵列的形式。在本发明的另一实施例中，换能器140包括一些磁线圈，这些磁线圈用来向样品170施加磁激励，并且任选地，用来感测磁激励响应。感测激励的响应可能不是所有用途都需要的。例如，本发明的可能用途是对活细胞进行电穿孔，这将需要使用电极在细胞中进行电场激励，而无需感测对于电场的响应。这个实施例可以在图5中看到，其中换能器140呈现为磁线圈的形式，在光学透镜110的表面160上。
激励发生器120适于连接到换能器140以便产生激励且将激励传输到换能器140。当换能器140是电极时，激励发生器120包括电脉冲发生器，该电脉冲发生器适于产生电激励信号且将电激励信号传输到换能器140。当换能器140是磁线圈时，如图5中所示，激励发生器120包括磁发生器，该磁发生器适于产生磁场且将磁场传输到换能器140。换能器140适于以这种方式被部署以接收激励，激励样品170中的激励，并且任选地接收激励响应。
操作装置130适于连接到激励发生器120以控制激励，该控制包括确定激励的特性。操作装置130包括计算机或嵌入系统中的微处理器/微控制器和界面系统，微处理器/微控制器适于连接到界面系统以便为激励产生适当的激励信号(幅值、形状、事件数量、频率、事件的持续时间)或检测激励响应信号(例如电容的、电荷等等)。
界面系统优选地包括用于激励或记录目的的各种电路。在本发明的一个实施例中，界面系统适于产生样品170和电极的图像的可视信号以便在计算机显示器上可视化。
在本发明的一个实施例中，操作装置130包括使用者界面，该使用者界面用来使使用者能够控制激励，例如通过指定希望的激励特性，该希望的激励特性包括频率，功率，幅值，形状，持续时间，数量等等。各种换能器140可以被控制成都具有相同的激励，或者替代地具有变化的激励特性，使得从样品170的响应可以被分析且监测。允许样品170以不同的激励特性(频率，功率，幅值，持续时间等等)被分离地激励可以帮助监测且确定最佳条件，在该最佳条件中，样品170对电穿孔的响应将是最佳的。在本发明的一个实施例中，使用者界面包括显示器。
本发明一实施例中，操作装置130适于连接到换能器140以从换能器140接收激励响应，确定响应的特性并且通过使用者界面将这些特性传递到使用者。激励响应的特性可以例如是电容、电荷等。
在本发明的一个实施例中，操作装置130适于连接到光源(诸如显微镜)以便接收在激励过程期间获取的可视图像，在换能器相对于显微镜下的样品170被布置时，该可视图像包括换能器140的图像。操作装置130适于在显示器上显示这些图像，优选地与用于换能器140的每一个的接收的激励响应的特性一起。
在本发明的一个实施例中，该系统100适于使用电激励对活细胞进行电穿孔。根据这个实施例，光学透镜110具有微电极阵列140被印刷/包覆在其上的光学透明表面160，如图3、4和6中所示。电极阵列的各种可能构造在这些前述图中被描绘。微电极阵列140适于电连接到激励发生器120(该激励发生器在这个情况中是脉冲发生器)以便接收和施加电脉冲以便执行活细胞的电穿孔。
微电极阵列140和脉冲发生器120之间的连接优选地为导线连接，该导线连接将该阵列的每一组电极连接到脉冲发生器以便控制和多路复用目的。电极的每一组包括一个或更多个电极。电极的每一组(它可以是一个或更多个电极)因此可以单独地且与阵列的其它电极分离地被控制。这允许独立地激励电极的不同组，而这允许多组样品170通过具有不同电特性的电场被同时地激励。
在本发明的一个实施例中，微电极阵列(Micro-Electrodes Array,MEA)140使用溅射沉积技术被生产在光学透明表面160上。溅射沉积提供在光学透镜110的表面上的MEA140的更好的均匀性和粘附。包覆的MEA 140的最佳厚度在20-200nm的范围内。包覆的微电极的所需厚度通过修改在所用的沉积技术期间涉及的参数而获得。例如当使用溅射沉积技术时，诸如工作压力(mTorr)，DC功率(W)，和基板的温度(℃)的一些参数被优化以便获得包覆的材料的所需厚度。也可以使用其它包覆工艺，诸如化学或物理蒸汽沉积(CVD或PVD)工艺。
为了实现活细胞的高效电穿孔过程，微电极的尺寸应当类似于细胞的尺寸(大约20-30微米)，使得活细胞可以被布置在微电极的边缘附近。细胞和微电极之间的距离可以被调节，例如使用显微镜物镜的z轴线操纵器。每一个细胞被分配以两个微电极，一个微电极充当阴极，另一个微电极充当阳极。这可以在图4和6中看到。
微电极阵列(MEA)140可由任何适当金属导电材料(诸如金)制造，或优选地由任何适当透明导电薄膜(诸如导电聚合物，金属网格，石墨烯)制造，特别地由透明导电氧化物(TCO)(诸如铟锡氧化物(ITO))制造。优选，由于ITO材料在光学透明和电传导性方面的增强的性质，本发明的MEA 140由ITO材料制造。优选地使用光学透明的MEA，使得显微镜物镜能够直接观察且控制细胞的电穿孔过程，特别地也选择要被转染的适当细胞的能力。
使用本发明的系统的电穿孔过程可以在数秒中在超过60000样品上执行。本发明的显微镜物镜使用高产量且快速的电穿孔系统提供新的前景以便理解细胞重编程的生物物理复杂性以及精确地可控制的电场中的细胞行为。
在本发明的一个实施例中，微电极被分成多对，其中每一个电极对包括阳极和对应的阴极。在本发明的一个实施例中，电极140具有侧向布置，在该侧向布置中，阳极和阴极沿水平平面成对地被包覆在光学透明表面160上。根据这个实施例，在激励过程期间，光学透明表面160被布置在样品170附近并且以一种方式使得用于激励的样品170被布置成沿水平平面在阳极和阴极之间。虽然在图中未示出，但当样品170包括用于电穿孔的一个或更多个活细胞时，每一个活细胞被布置成沿水平平面在形成相同的电极对的阳极和对应的阴极之间，使得电荷在阳极和对应的阴极之间侧向行进，活细胞沿水平平面被布置在阳极和对应的阴极之间。
在本发明的另一实施例中，提供接受体，该接受体适于在激励过程期间承载样品，其中该接受体具有包覆有激励接收器(例如阴极)的表面。根据这个实施例，电极根据竖向布置方式而被布置，其中，阳极被包覆在光学透镜110的光学透明表面160上，而阴极被包覆在承载样品170的接受体表面上，使得当光学透镜110在激励过程期间被放置在接受体上方并且沿竖向平面在接受体附近时，电场沿竖向平面在阳极和阴极之间沿竖向行进，其中，一个或更多个活细胞被布置在阳极和阴极之间。
脉冲发生器120适于连接到操作装置130以便接收控制信号，该控制信号包括要被脉冲发生器120产生的电脉冲的特性。信号特性包括幅值、频率、形状和脉冲数。
在本发明一实施例中，脉冲发生器120适于同时产生具有不同信号特性的不同的激励信号。当微电极阵列140包括多路复用的且独立地连接到脉冲发生器120的一组或更多组电极时，这使脉冲发生器120能独立地且同时地激励，其中每组电极使用不同电条件。
当每一组电极包括单个电极时，这允许该阵列的每一个电极与其它电极分离地操作但仍然同时使用对应的电条件。这允许使用不同的电条件同时对多个活细胞进行电穿孔。对于确定用来转染活细胞的最佳电条件而言，同时电穿孔是时间高效的。
操作装置130适于实现阵列中的一个或更多个电极的选择以便同时或交替的激励。阵列的每一个电极因此可以被计划用于对应活细胞的转染，该每一个电极可以根据相同的电条件或根据不同的电条件与其它电极交替地或同时地被激发。为了根据不同的电条件实现不同电极的同时激发，在本发明的一个实施例中，脉冲发生器120适于同时地通过不同电条件产生一系列电脉冲且将该一系列电脉冲传输到微电极阵列140。
在本发明一实施例中，操作装置130适于连接到光源(诸如显微镜)以便在换能器相对于样品170(诸如活细胞)被布置时接收换能器(诸如微电极)的光学图像(诸如视频图像)。相对于样品170的换能器140的可视化允许使用者相对于样品170操纵换能器140的定位，这在多种应用环境中是非常有用的。而且，这使得可以同时地在激励过程期间可视化样品170和操纵换能器140的物理定位。
在本发明一实施例中，操作装置130适于在显示器上与用于每一个换能器140接收的信号激励的特性和/或信号激励响应一起显示所获得的图像。在本发明一实施例中，操作装置130适于令使用者能动态地改变信号激励的特性。这可基于激励响应和/或基于由操作装置130接收且显示的被激励的样品170的可视图像而实现。这因而允许来自样品170的激励响应的实时评估以及激励信号的实时操纵。
如图6和7中可以见到的，本发明的一个实施例规定光学透镜110包括用来将流体引导到样品170的微流体结构180。换能器140被包覆在光学透明表面160上，在它们之间形成空间，通过该空间，流体从微流体结构180被引导并且流体被引导到样品170上或插在样品170内。微流体结构180优选地包括布置在换能器140(例如电极阵列)上方的通道或室。换能器140(诸如微电极阵列)被设计成在它们之间具有通孔，该通孔适于允许流体沿样品170的方向通过。
在本发明的一个实施例中，微流体结构180与微电极阵列140一起被使用(如图6和7上所见)以便对活细胞进行电穿孔。此情况中，微流体结构180的作用是引导电场附近的所需流体样品170。例如，存在数种生物材料，诸如应被转染在样品170内的细胞内的生长或分化因子。使用微电极140产生的电场可在细胞上产生小孔且流体样品170可被直接注射到细胞中。如图7中所绘，流体源200可连接到微流体结构180以便供应流体通过光学透镜110并且在通道内并且到达样品170。在一个实施例中，流体源200可以是注射器泵。在适于要被输送到样品170的流体的类型时，也可使用其它流体源和泵。
微流体结构180的作用可以扩展用于需要微尺度或纳米尺度流体样品靠近激励(诸如电激励)的许多其它应用。在本发明中使用微流体结构180的主要目的是为了生物输送目的，这在多种生物治疗方案中可能是有用的，该多种生物治疗方案诸如电穿孔，双向电泳，电泳和体外电生理研究。
然而，本发明的光学透镜110具有更多用途且微流体结构180可用于输送所需的样品170以便实现那些目的。根据本发明的一个实施例，在样品170被布置在显微镜透镜110下的情况中，微流体结构180适于将填料(某种胶)注射在金属表面内。间隙的存在可以在当与光源(诸如显微镜)操作通信时通过使用光学透镜110扫描样品170的表面而被检测到，并且可以使用微流体结构180注射流体以便填充该间隙。
在本发明的一个实施例中，微流体结构180由硅基有机聚合物制成，该硅基有机聚合物诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)(由于其光学透明性和惰性和无毒性质)。
根据本发明的各种可能实施例，电极可以用于电容、阻抗测定、伏安法、电流分析法以及其它目的。操作装置130可根据具体应用而改变。
在本发明的一个实施例中，光学透镜110是具有包覆有换能器(诸如微电极阵列)140的光学透明表面160的显微镜物镜。
在本发明的另一实施例中，光学透镜110是具有包覆有换能器(诸如微电极阵列)140的光学透明表面160的显微镜物镜盖，其中该盖适于机械地联接到显微镜物镜。显微镜物镜盖具有适于联接到显微镜物镜的合适的形状和尺寸以便在激励过程期间被使用(诸如电穿孔)。该盖可以以适于与各种型号和尺寸的显微镜物镜一起使用的各种结构和尺寸制成。
光学透镜110的光学透明表面160由例如适于允许光通过以便在激励过程期间实现样品170的光学操作的诸如玻璃，塑料或硅的光学透射材料制成。
本发明的成就之一是，直接地通过将换能器(诸如微电极阵列)140包覆在显微镜物镜上或间接地通过适于联接到显微镜物镜的合适的盖，将换能器(诸如电极)140集成到显微镜物镜，以这种方式实现控制显微镜下的样品170的激励(诸如启动和/或感测过程)(诸如放置在显微镜下的活细胞的电穿孔过程)，总之在感测/启动过程期间进行关于换能器140和样品170的实时光学操作(诸如在电穿孔过程期间可视监测和/或记录换能器140和活细胞)。盖到显微镜的联接可以被永久地、暂时地和/或以可移除的方式而得以实现。
在本发明的一个实施例中，光学透镜110适于沿三个维度可移动，以这种方式实现相对于样品170的换能器140的动态可移动性/定位。在这个方面，显微镜物镜自身、盖、显微镜头部、样品170被放置在其上的载物台和/或显微镜或样品170被放置在其上的装置的任何其它部件被适配为是可移动的，以便实现相对于样品170的换能器140的动态定位(包括从三维视角的接近)。接近程度的范围可以是数厘米至数微米。
当用途是对活细胞进行电穿孔时，承载微电极阵列140的光学透镜110相对于活细胞的位置将是可移动的，以此方式允许将任何希望微电极140(在阵列中的其它微电极之中)相对于活细胞定位在所需位置中(例如在培养细胞正上方的电极的定位)。通常，在电穿孔过程中，电极和细胞之间的所需距离应当是如20-30微米那样的近。
在本发明一实施例中，操作装置130适于连接到光源(诸如显微镜)以便根据使用者的输入指令自动控制光学透镜110的移动，并且光源适于接收指令并且根据接收的指令自动地启动光学透镜110的移动。光学透镜110的移动的启动可以通过联接到光学透镜110的另一部件的移动间接地进行。例如，操作装置130可以适于启动与光源关联的调节机构的移动，这将具有改变相对于样品170的光学透镜110的定位的效果。当光源是显微镜时，这可以是显微镜的调节机构。
对于本领域技术人员而言，在研读了公开本发明的优选实施例的本说明书和附图之后，本发明的许多改变、修改、变化和其它用途和应用将变得更为显明。不偏离本发明的精神和范围的所有这种改变、修改、变化和其它用途和应用均应由本发明涵盖，本发明将仅由所附的权利要求限定。

Claims (22)

1.一种光学透镜，所述光学透镜具有包覆有换能器的光学透明表面，所述换能器适于激励样品中的激励信号，其中，所述光学透镜适于实现来自所述光学透明表面的一侧的光源和来自所述光学透明表面的另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使所述光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者。
2.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学透镜是显微镜物镜并且所述光源是显微镜。
3.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学透镜是适于机械地联接到显微镜物镜的透镜盖，并且其中，所述光源是显微镜。
4.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述样品和所述换能器具有微观尺度，并且其中，所述激励和光学操作以微观尺度进行。
5.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学操作包括在所述激励过程期间观察、监测或记录所述换能器和所述样品的图像。
6.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学透明表面由玻璃、硅或塑料制成。
7.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述换能器包括微电极阵列并且所述激励信号是电信号。
8.如权利要求7所述的光学透镜，其中，所述样品包括一个或更多个活细胞以便通过所述电信号的激励在所述一个或更多个活细胞中进行电穿孔。
9.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述换能器包括磁线圈并且所述激励信号是磁场。
10.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学透镜还包括微流体结构，所述微流体结构适于将流体引导到所述样品上或所述样品内。
11.如权利要求10所述的光学透镜，其中，所述换能器被包覆在所述光学透明表面上，在它们之间形成空间，流体通过所述空间从所述微流体结构被引导到所述样品。
12.如权利要求11所述的光学透镜，其中，所述换能器是微电极，所述激励信号是电场，所述样品包括一个或更多个活细胞，所述流体是在所述激励过程期间用来注射在所述一个或更多个活细胞内的药物，并且所述激励过程是使用所述电场对一个或更多个活细胞进行电穿孔。
13.一种系统，所述系统包括：
光学透镜，所述光学透镜具有包覆有换能器的光学透明表面，所述换能器适于激励样品中的激励信号，其中，所述光学透镜适于实现来自所述光学透明表面的一侧的光源和来自所述光学透明表面的另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使所述光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者；
激励发生器，所述激励发生器适于连接到所述换能器以便产生激励信号并且将激励信号传输到所述换能器；
操作装置，所述操作装置适于连接到所述激励发生器以便控制所述激励发生器。
14.如权利要求13所述的系统，其中：
所述换能器包括微电极的阵列并且所述激励信号是具有信号特性的电信号；
所述激励发生器是电脉冲发生器；
所述操作装置通过指定所述电信号的信号特性而控制所述脉冲发生器。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述操作装置适于连接到所述光源以便接收和处理通过所述光学操作而获得的图像。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述光学透镜是显微镜物镜或适于机械地联接到显微镜物镜的透镜盖，并且其中，所述光源是显微镜。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述操作装置适于连接到所述显微镜的调节机构以便相对于所述样品对所述光学透镜进行位置调节。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述位置调节是三维的并且以数厘米到数微米的尺度进行。
19.如权利要求14所述的光学透镜，其中，所述样品包括一个或更多个活细胞以便通过所述电信号的激励在所述一个或更多个活细胞中进行电穿孔。
20.一种制造方法，其用来制造与光源一起使用的激励装置，所述制造方法包括将换能器包覆在光学透镜的光学透明表面上，所述换能器适于激励样品中的激励信号；
其中，所述光学透镜适于实现来自所述光学透明表面的一侧的所述光源和来自所述光学透明表面的另一侧的换能器和样品之间的光学通信，以便使所述光源能够进行光学操作以在激励过程期间同时地获取换能器和样品二者。
21.如权利要求20所述的制造方法，其中，所述换能器是微电极，所述光源是显微镜，所述光学透镜是显微镜物镜或适于联接到显微镜物镜的盖。
22.如权利要求21所述的制造方法，还包括将微流体结构集成在所述微电极上方以便将流体引导到所述样品上或所述样品内。
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