CN110559499A - 一种可进行光遗传刺激的微透析探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可进行光遗传刺激的微透析探针，其包括探针壳体、限位块、光纤连接头，探针壳体头部连接与限位块，光纤连接头与限位块结合，此三个结构构成本发明的主体结构，本发明将光纤模块和透析模块相结合，实现了同步进行光遗传刺激和微量渗析这两种操作，能够实时同步地检测光波激活特定神经元后带来的分子水平变化；只需要在进行光刺激和微透析操作时将其插入目标脑区，这样可以避免因长期放置光纤与脑内的传统方法造成的神经元损伤和组织反应，这样有利于长期跟踪实验。此发明用于生物医疗器械领域。

Description

一种可进行光遗传刺激的微透析探针
技术领域
本发明涉及生物医疗器械领域，特别是涉及一种可进行光遗传刺激的微透析探针。
背景技术
透析是生命科学领域研究中常用的技术，其主要原理是利用半透膜将小分子与生物大分子物质分开，将灌流液与细胞外液欲取出测量的低分子量物质进行透析交换，进而采集分析。而光遗传技术是目前神经科学领域研究的前沿技术，其基本原理是利用基因操作技术给特定类型的细胞转染特定的能编码光敏蛋白的基因如ChR2、NaHR等，进行特殊离子通道的表达。光敏蛋白作用下的离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子的通过产生选择性，从而造成细胞膜两边的膜电位发生变化，用光信号激活或抑制该基因表达的蛋白质，就能激活或者抑制特定类型的神经元。进一步地，在应用光遗传技术激活或者抑制某一脑区的特定类型神经元后或者在获得行为学改善后，常常需要进一步检测该脑区和下游脑区的生化信息，或者电生理信息的改变。这样可以探究某种小分子(如多巴胺神经递质)的释放水平是否有某一类型的神经元介导，或者某一疾病的行为学改善是否由某一种小分子物质的水平改变介导。而现有的技术只能实现在上游脑区进行光刺激和在下游脑区进行生化信息的采集，而不能在刺激靶点进行实时的同步生化记录(如通过微量透析来采集某种小分子物质)，这对解释光刺激靶区的病理生理改变欠缺说服力。
目前实验室所用的石英光纤，往往需要长期放置于实验动物脑内。由于石英光纤的力学性能，会对脆弱的脑组织产生一定的挤压损伤，这对实验效果影响较大。目前尚没有关于光刺激装置的前置光纤与微量透析相结合以达到同步检测的设备报道，而这种能同步光刺激与小分子物质浓度检测的装置是很有科研需求的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具光刺激和实施靶区内小分子物质透析功能的可进行光遗传刺激的微透析探针。
本发明所采取的技术方案是：
一种可进行光遗传刺激的微透析探针，其包括光纤模块和透析模块，所述光纤模块包括光纤连接头和石英光纤。将光纤模块和透析模块的微透析探针一体结合，只需要在进行光刺激和微透析操作时将其插入目标脑区，避免了因长期放置光纤于脑内造成的神经元损伤和组织反应，有利于长期跟踪实验。
所述透析模块包括探针壳体，所述探针壳体内设置有两个腔隙，所述腔隙包括位于内侧的灌流液通过腔和位于外侧的透析液通过腔；所述探针壳体的底端设计有喇叭状的第一开口，所述第一开口的锥形面上安装有透析膜，所述探针壳体的头部连接于一限位块上，限位块起到限制探针滑入实验中所植入的套管内的作用。所述光纤连接头与限位块结合；所述石英光纤安装在光纤连接头、限位块以及探针壳体内。
所述灌流液通过腔的上端输入口与一灌流液输入管连接，所述灌流液通过腔的底端设置有一第二开口，所述透析液通过腔通过第二开口与灌流液通过腔连通；所述透析液通过腔的上端输入口与一透析液输出管连接。透析液输出管用于将透析液排出，透析液进一步用以进行高效液相色谱分析法。
进一步作为本发明技术方案的改进，位于探针壳体内的所述石英光纤外侧覆盖有一隔离层，这样可以避免石英光纤与灌流液直接接触。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述石英光纤的底端与探针壳体的第一开口的顶端位于同一平面，这样设置主要是为了释放一定波长的光波。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述石英光纤位于光纤连接头、限位块以及探针壳体的中央。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述灌流液输入管和透析液输出管均埋设于光纤连接头内，所述灌流液输入管和透析液输出管开口位于光纤连接头的同侧。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述透析膜为安装在第一开口上的环形透析膜。
本发明的有益效果：此可进行光遗传刺激的微透析探针，其包括探针壳体、限位块、光纤连接头，探针壳体头部连接于限位块，光纤连接头与限位块结合，此三个结构构成本发明的主体结构；本发明将光纤模块和透析模块相结合，实现了同步进行光遗传刺激和微量渗析这两种操作，能够实时同步地检测光波激活特定神经元后带来的分子水平变化；探针壳体的底部设置有喇叭状的第一开口，一方面第一开口正好与光波的辐射角度对应，这样可最大程度地收集到受光刺激的神经元的生化信号，另一方面喇叭状的第一开口上设置透析膜，透析膜可最大程度透析受光刺激后该区域的神经元细胞外液的分子，可最大程度上收集和记录光刺激带来的同步的分子水平的变化；同时将光纤模块和透析模块一体结合，只需要在进行光刺激和微透析操作时将其插入目标脑区，这样可以避免因长期放置光纤与脑内的传统方法造成的神经元损伤和组织反应，这样有利于长期跟踪实验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的主视图；
图2是本发明实施例的俯视图；
图3是本发明实施例的仰视图；
图4是本发明实施例的探针壳体的主视图；
图5是本发明实施例状态示意图；
图6是本发明实施例在光刺激状态下状态示意图。
具体实施方式
参照图1至图6，本发明为一种可进行光遗传刺激的微透析探针，其包括光纤模块和透析模块，所述光纤模块包括光纤连接头1和石英光纤2。本发明将光纤模块和透析模块相结合，实现了同步进行光遗传刺激和微量渗析这两种操作，能够实时同步地检测光波激活特定神经元后带来的分子水平变化。
所述透析模块包括探针壳体3，所述探针壳体3内设置有两个腔隙，所述腔隙包括位于内侧的灌流液通过腔31和位于外侧的透析液通过腔32。所述灌流液通过腔31的上端输入口与一灌流液输入管34连接，所述灌流液通过腔31的底端设置有一第二开口35，所述透析液通过腔32通过第二开口35与灌流液通过腔31连通；所述透析液通过腔32的上端输入口与一透析液输出管36连接。其中，第二开口35为一圈环形开口，在实验中，灌流液将从灌流液输入管34进入灌流液通过腔31，在透析膜4区域完成分子物质透析后，经第二开口35进入透析液通过腔32，然后通过透析液输出管36输出，输出后的透析液可以做进一步的高效液相色谱法等生化分析。作为本发明优选的实施方式，位于探针壳体3内的所述石英光纤2外侧覆盖有一隔离层。隔离层主要是为了避免灌流液和石英光纤2直接接触。
探针壳体3的底部设置有喇叭状的第一开口33，这种设计一方面第一开口33正好与光波的辐射角度对应，这样可最大程度地收集到受光刺激的神经元的生化信号，另一方面喇叭状的第一开口33上设置透析膜4，透析膜4可最大程度透析受光刺激后该区域的神经元细胞外液的分子，可最大程度上收集和记录光刺激带来的同步的分子水平的变化。
在本实施例中，优先选择石英光纤2的底端与探针壳体3的第一开口33的顶端位于同一平面，用以释放一定波长的光波，例如波长为473nm的蓝光和波长为593nm的黄光。
所述探针壳体3的底端设计有喇叭状的第一开口33，所述第一开口33的锥形面上安装有透析膜4，所述探针壳体3的头部连接于一限位块5上，所述石英光纤2位于光纤连接头1、限位块5以及探针壳体3的中央。所述光纤连接头1与限位块5结合；所述石英光纤2安装在光纤连接头1、限位块5以及探针壳体3内。探针壳体3、光纤连接头1和限位块5三者构成本发明的主体结构，如图4、图5所示，探针壳体3底端设计成喇叭状的第一开口33，第一开口33的圆形外周铺设有一层透析膜4。进一步地，所述透析膜4为安装在第一开口33上的环形透析膜。透析膜4主要是为了透析目标脑区神经元细胞外液的一定分子量的分子。
在一种具体的实施例中，光纤连接头1的顶部安装有连接帽6，连接帽6上连接有跳线7，跳线7一端与石英光纤2的输入端连接，跳线7的另一端连接光遗传仪器8。在光纤连接头1接入连接帽6后，由光遗传器8激发的一定波长的光波经跳线7进入石英光纤2中，并在石英光纤2的底端释放，如图6所示，一定波长和强度的光波将以辐散的形式释放，使得喇叭形状的第一开口33内的神经元受到控制，抑制波长为593nm的黄光或者激活波长473nm的蓝光，同时，受到控制的神经元所带来的实时分子水平的变化将被透析探针所采集，反应在下一级的分子水平的检测仪器上。
作为本发明优选的实施方式，所述灌流液输入管34和透析液输出管36均埋设于光纤连接头1内，所述灌流液输入管34和透析液输出管36开口于光纤连接头1的同侧。
本发明同时将光纤模块和透析模块一体结合，只需要在进行光刺激和微透析操作时将其插入目标脑区，这样可以避免因长期放置光纤与脑内的传统方法造成的神经元损伤和组织反应，这样有利于长期跟踪实验。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：包括光纤模块和透析模块，所述光纤模块包括光纤连接头(1)和石英光纤(2)；
所述透析模块包括探针壳体(3)，所述探针壳体(3)内设置有两个腔隙，所述腔隙包括位于内侧的灌流液通过腔(31)和位于外侧的透析液通过腔(32)；所述探针壳体(3)的底端设计有喇叭状的第一开口(33)，所述第一开口(33)的锥形面上安装有透析膜(4)，所述探针壳体(3)的头部连接于一限位块(5)上；所述光纤连接头(1)与限位块(5)结合；所述石英光纤(2)安装在光纤连接头(11)、限位块(5)以及探针壳体(3)内；
所述灌流液通过腔(31)的上端输入口与一灌流液输入管(34)连接，所述灌流液通过腔(31)的底端设置有一第二开口(35)，所述透析液通过腔(32)通过第二开口(35)与灌流液通过腔(31)连通；所述透析液通过腔(32)的上端输入口与一透析液输出管(36)连接。
2.根据权利要求1所述的可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：位于所述探针壳体(3)内的石英光纤(2)外侧覆盖有一隔离层。
3.根据权利要求2所述的可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：所述石英光纤(2)的底端与探针壳体(3)的第一开口(33)的顶端位于同一平面。
4.根据权利要求3所述的可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：所述石英光纤(2)位于光纤连接头(1)、限位块(5)以及探针壳体(3)的中央。
5.根据权利要求1所述的可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：所述灌流液输入管(34)和透析液输出管(36)均埋设于光纤连接头(1)内，所述灌流液输入管(34)和透析液输出管(36)开口位于光纤连接头(1)的同侧。
6.根据权利要求1所述的可进行光遗传刺激的微透析探针，其特征在于：所述透析膜(4)为安装在第一开口(33)上的环形透析膜。
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