CN1291228C - 用于检测生物样品中的物理化学变化的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测生物样品中的物理化学变化的设备，包含：至少一个通过使导电材料进入多孔薄膜而设置的测量电极，和连接该测量电极的导体。本发明能够容易地和可靠地检测生物样品发出的物理化学信号中的细微变化。

Description

用于检测生物样品中的 物理化学变化的设备和方法
发明领域
本发明涉及一种用于测量在生物样品(典型的是细胞)中的物理化学变化的设备和方法，以及一种包含该设备的装置。尤其是，本发明涉及一种设备和方法，用于测量与整个细胞宏观上的离子通道活性相关的细胞中的物理化学变化，以及一种包含该设备的装置。本发明还涉及一种用于筛选药品的方法和设备。
相关技术描述
通常，与生物样品(诸如细胞)的活性相关联而放出的物理信号或化学信号，是由一种测量装置来测量的，该测量装置用于捕获电信号的变化、由生物样品吸收的荧光指示剂的荧光强度的变化或类似的参量变化，作为数字信号。
例如，当测量细胞的离子通道活性时，单个离子通道的水平由使用微电极探针(例如，膜片钳)的一个电生理学测量装置和一个如下的专门的控制装置来进行测量。该装置捕获经过一个细胞的一个离子通道的电荷数作为数字信号，并基于电荷数量计算该离子通道打开或关闭的持续时间、定时、次数等。在这种技术中，一个微电极探针被插入到细胞中，而且测量经过生物样品的电流。因此该技术被称作细胞内记录方法。
在一种膜片钳技术中，细胞膜的一个小的部分(碎片)附着于具有一个微电极探针的一个微量吸液管的顶部，并且用来电记录通过单个离子通道蛋白质的离子输送。膜片钳技术是几种细胞生物技术中的一种，其中这几种细胞生物技术能够被用于实时调查单个蛋白质的功能(参见，例如，1994年由纽约Garland出版公司出版的Molecular Biology of the Cell第三版，1995年由Kyoikusha的Kelko Nakamura等人翻译的日文版，181-182页)。
整个细胞的离子通道活性还能够由一种用于荧光测量方法来进行测量，该方法捕获流入该细胞的离子数作为数字信号。
在一种荧光测量技术中，发出指示剂的一种光或者一种发出与一个特殊离子浓度一致的灯的荧光颜料，与一种最新的图像处理方法(例如，细胞的荧光图像由CCD摄像机等捕获，而且监控在该细胞中离子的运动)结合，以测量该整个细胞的电活性。
膜片钳技术对于微量吸液管的制备、操作等都要求有特殊的技术，以及测量一个样品需要很多时间。因此，膜片钳技术不适于以高速筛选大量候选的用于一种药品的化合物。荧光测量技术能够以高速筛选大量候选的用于一种药品的化合物。然而，荧光测量技术需要一个着色细胞的步骤。在测量期间，颜料导致高背景噪声，而且荧光强度随时间降低，导致差的信噪比(S/N)。
另一种用于观察在生物样品中的电化学变化的技术，在日本专利2949845、美国专利5810725、美国专利5563067、日本公开申请9-827318、WO 01/25769A2、美国专利5187069、WO 98/54294、WO 99/66329、WO99/31503等中公开了，其中使用了一个具有多个电极的衬底。
日本专利号2949845、美国专利号5810725、美国专利号5563067、日本专利公开号9-827318的文献中公开了一个集成的多电极，以及一个使用同一多电极的测量系统，其中该多电极包含通过光刻法在一个玻璃衬底上形成的微电极，并且能够测量在细胞中的电学变化。
WO 01/25769A2公开了一个衬底，其中具有通孔和一个生物样品(诸如一个包含离子通道的细胞)的一个绝缘衬底位于该通孔上，从而在包含该细胞的绝缘衬底的表面上提供高阻抗封接(gigaseal)；在由该高阻抗封接分开的两个相应范围中提供的一个基准电极和一个测量电极能被用来测量由通过该细胞的一个离子通道的离子产生的电流。
美国专利5187069公开了一种能够通过在电极上培养细胞和测量阻抗变化来监控细胞生长的设备。
WO 98/54294公开了一种其中细胞被粘着到一个平面电极上并且从那里测量电信号的设备。
WO 99/66329公开了一种用于通过测量电阻或者阻抗变化观察在一个多孔材料上的细胞动作的设备，以及一个使用同一设备的试验。
WO 99/31503公开了一种其中使用一个具有通孔的衬底的方法，通过诱捕具有通孔的细胞建立膜片钳，并且测量在电流中的变化。
任何一种上述传统技术的特征在于：细胞的电活性在一个平面电极上被确定，而且在一个绝缘衬底中提供小的通孔，以便用细胞和该衬底形成膜片钳，借此由通过一个离子通道的离子产生的电流能够被监控。然而，当使用一个平面电极时，从一个生物样品发出的一个信号渗漏成为溶液以便使测量的灵敏性被不利地减低了。在其中在一个绝缘衬底中提供小的通孔以便用细胞和孔形成膜片钳的方法中，形成高阻抗封接膜片钳的可能性较低。此外，细胞膜必须被破坏或者物理上被损害以形成膜片钳，从而不可能测量完整细胞的活性。膜片钳形成技术在调整用于一个生物样品的抽吸压力方面也还有困难。多通道将不可能需要多个压力调整机构。在这方面，传统的平面电极适于高速的药品筛选但是具有差的灵敏度。具有小通孔的绝缘衬底不适于高速的药品筛选。为了类似的理由，一个自动的膜片钳机器人需要很多时间用于样品处理，并且不适于高速的药品筛选。
发明概述
本发明用于解决上述的传统问题。本发明的目的是提供一种用于容易地和可靠地检测在由生物样品发出的物理化学信号中的细微变化的方法，这种变化不能由传统的细胞外记录方法检测，本发明还提供一种使用这种方法的装置，该装置用于测量在生物样品中的电化学变化。特别地，本发明的目的是提供一种方法，用于测量整个细胞的离子通道活性，即由细胞发出的物理化学变化的方法，在该方法中采用一个不要求有专用控制装置的简单设备，而且细胞被简单地放置在一个容器中的多孔薄膜上，所以该细胞能够在短时间中被容易地测量，而不需要在细胞和一个绝缘衬底(支撑衬底)之间设置高阻抗封接，其中由于没有使用化学物质，所以不必要考虑随着时间过去而有任何副作用或在荧光灵敏度中有任何变化；而且还使用这种方法实现高速药品筛选。
本发明涉及一种用于检测在生物样品中的物理化学变化的设备。该设备包含至少一个测量电极和一个连接到该测量电极的导体，该测量电极是通过使导电材料进入多孔薄膜而提供的。
优选的是，该设备进一步包含：一个支撑衬底，用于支撑该多孔薄膜；一个细胞隔离部分，该部分设置在该多孔薄膜的一个表面上，用于界定至少一个用于容纳生物样品的容器；以及一个抽吸部分，该部分被连接而通过该多孔薄膜与在该容器中的生物样品进行流体传递。该测量电极设置在该容器下面的该多孔薄膜的一个后侧面上。
优选的是，该测量电极是通过在该多孔薄膜上喷镀导电材料而设置的，而该导体是通过在该多孔薄膜上所设的掩模层上喷镀或印制导电材料而设置的。
优选的是，每个测量电极和与其连接到的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘，所以这些测量电极能够彼此独立地执行检测。
优选的是，通过注入到该多孔薄膜的绝缘树脂，使每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
优选的是，通过用热处理、激光或压力破坏每个测量电极和与其连接的导体之周围的多孔结构，每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
优选的是，通过用胶粘剂将在该多孔薄膜上设置的细胞隔离部分粘合到该多孔薄膜，使每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
本发明还涉及这样的设备，该设备进一步包含：一个支撑衬底，用于支撑该多孔薄膜；在该多孔薄膜的表面上设置的一个细胞隔离部分，用于界定至少一个用于容纳该生物样品的容器；以及至少一个基准电极。该测量电极设置在该容器下面的该多孔薄膜的一个后侧面上；在该容器的一个内壁上设置一个基准电极；而且通过构图(patterning)而在该细胞隔离部分的上侧设置一个连接到该基准电极的导体。
优选的是，该细胞隔离部分由绝缘材料构成。
优选的是，该多孔薄膜由绝缘材料构成并且厚度为1到10000μm。
优选的是，该支撑衬底的厚度为10到10000μm。
优选的是，该支撑衬底粘附于该抽吸部分，插入一个粘胶层。该粘胶层由绝缘材料构成并且为10到10000μm厚。
优选的是，本发明的设备包含多个测量电极和多个容器，而且该抽吸部分同时地或分别地抽吸每个容器。
优选的是，该测量电极和该导体由从包括金属、导电塑料、和导电橡胶的组中选择出来的一种材料构成。
优选的是，该金属是从包括金、铂、铜、银、银—氯化银、和铂—铂黑的组中选择出来的。
优选的是，该基准电极由从包括金、铂、铜、银、银—氯化银、和铂—铂黑的组中选择出来的一种金属构成。
依据本发明的一个方面，一种用于测量在所关心的生物样品中的物理化学变化的方法，包含以下步骤：提供至少一个反应系统，用于测量所关心的生物样品的物理化学特性；放置所关心的生物样品在该反应系统中；以及检测在所关心的生物样品的物理化学特性中的变化。该反应系统包含上述设备；基准电极和测量电极的配置和环境或特性适于表征在所关心的生物样品的物理化学特性中的变化。
优选的是，该配置和环境或特性是范围的体积；该基准电极和该测量电极被设置在相应的范围中；提供给该测量电极的范围的体积小于提供给该基准电极的范围的体积。
优选的是，该配置和环境或特性是该基准电极和该测量电极的阻抗，并且该测量电极的阻抗小于该基准电极的阻抗。
优选的是，该配置和环境或特性是该基准电极和该测量电极的频率特性，该测量电极在大约10Hz到约10kHz的阻抗小于该基准电极在大约10Hz到约10kHz的阻抗。
优选的是，该配置和环境或特性是浸没该基准电极和该测量电极的电解液的量，并且浸没该基准电极的电解液的量大于浸没该测量电极的电解液的量。
优选的是，浸没该基准电极的电解液的量大约是浸没该测量电极的电解液的量的5倍或更多倍。
优选的是，该基准电极的阻抗约为该测量电极的阻抗的5倍或更多倍。
优选的是，该反应系统具有从包含下列条件的组中选择出来的一个配置和环境或特性：该基准电极的阻抗∶该测量电极的阻抗＝5∶1，且浸没该基准电极的电解液的体积∶浸没该测量电极的电解液的体积＝5∶1。
优选的是，检测所关心的生物样品的物理化学特性的步骤包含以下步骤：(a)记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包括多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；(c)计算每一个标准偏差的平均值；以及(d)基于该平均值检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
优选的是，检测所关心的生物样品的物理化学特性的步骤包含以下步骤：(a)记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；(c)把这些标准偏差分成多个类别，其中每个类别具有一个预定大小的标准偏差作为一个单位，并且获得一个分布，该分布指示属于这些类别的该多组提取数据的物理化学特性；(d)把该分布近似为一个正态分布；(e)计算所产生的正态分布的平均值和半宽；(f)选择性地重复(b)到(e)；以及(g)基于该平均值和半宽检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
优选的是，重复步骤(b)到(e)，而且将被采样的时间序列信号值的数目在每次重复中是变化的。
优选的是，在步骤(b)之前，该方法进一步包含：累加由在该反应系统中提供的多个所关心的生物样品发出的时间序列信号值。
优选的是，在步骤(a)之前，该方法进一步包含：同时地刺激该多个所关心的生物样品。
优选的是，检测在所关心的生物样品的物理化学特性中的变化的步骤包含以下步骤：(a)记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取出的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；(c)把这些标准偏差分成多个类别，其中每个类别具有一个预定大小的标准偏差作为一个单位，并且获得一个分布，该分布指示属于这些类别的该多组提取数据的物理化学特性；(d)通过从下面这个组中选择出来的曲线近似分析来近似该分布，其中该组包含指数减少分析、指数增加分析、高斯(Gaussian)分布、洛伦兹(Lorentz)分布、σ分析、多峰值分析、和非线性分析；以及(e)基于在通过步骤(d)获得的近似曲线上的一个峰值前后的梯度，检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
优选的是，以时间序列方式执行在步骤(b)中的采样。
优选的是，随机地执行在步骤(b)中的采样。
优选的是，以时间序列方式从原始数据a起多次执行步骤(b)中的采样、以及以时间序列方式从在原始数据a之后一个预定时间记录的数据b起多次执行在步骤(b)中的采样。
优选的是，检测所关心的生物样品的物理化学特性中的变化的步骤包含以下步骤：(a)记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；(c)采样所产生的标准偏差以获得多组提取的标准偏差，其中包含多个值，并且计算该多组提取的标准偏差中每一组的平均值；以及(e)当该平均值达到一个预定阈值时，基于该时间序列信号值的出现时间，检测在生物样品的物理化学特性中的变化，获得一个指标值。
优选的是，所关心的生物样品是细胞，该物理化学信号是相关于细胞的离子通道或受体的活性化、或细胞内的信号转导系统的动作。
优选的是，分别在有对生物样品具有已知作用的一种标准化学物质的情况下、以及在有一种受检化学物质的情况下执行步骤(a)，而且分别使标准化学物质和受检化学物质的浓度改变来执行步骤(f)，而且该方法进一步包含：把在有标准化学物质的情况下在步骤(g)获得的在物理化学特性中的变化与在有受检化学物质的情况下在步骤(g)获得的在物理化学特性中的变化进行比较，以及表征该受检化学物质对该生物样品的作用。
依据本发明的一个方面，一种用于测量受检化学物质对生物样品的作用的装置，包含：一个包含上述设备的反应系统，用于测量该生物样品的物理化学特性；记录单元，用于记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；采样和计算单元，用于采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；计算单元，用于计算每一个标准偏差的平均值；以及检测单元，用于基于该平均值检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
在本发明的一个方面中，一种用于测量受检化学物质对生物样品的作用的装置，包含：一个包含上述设备的反应系统，用于测量该生物样品的物理化学特性；记录单元，用于记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；采样和计算单元，用于采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；分类单元，用于把这些标准偏差分成多个类别，并且获得一个分布，该分布指示了属于这些类别的该多组所提取数据的物理化学特性，其中每个类别具有一个预定大小的标准偏差作为一个单位；用于把该分布近似为一个正态分布的单元；用于计算所得到的正态分布的平均值和半宽的单元；以及检测单元，用于基于该平均值和半宽检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
在本发明的一个方面中，一种用于测量受检化学物质对生物样品的作用的装置，包含：一个包含上述设备的反应系统，用于测量生物样品的物理化学特性；记录单元，用于记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；采样和计算单元，用于采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；分类单元，用于把这些标准偏差分成多个类别，并且获得一个分布，该分布指示属于这些类别的该多组所提取数据的物理化学特性，其中每个类别具有一个预定大小的标准偏差作为一个单位；用于通过从下面这个组中选择出来的曲线近似分析来近似该分布的单元，其中该组包含指数减少分析、指数增加分析、高斯分布、洛伦兹分布、σ分析、多峰值分析、和非线性分析；以及检测单元，用于基于在所获得的近似曲线上的一个峰值前后的梯度、检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
在本发明的一个方面中，一种用于测量受检化学物质对生物样品的作用的装置，包含：一个包含上述设备的反应系统，用于测量该生物样品的物理化学特性；记录单元，用于记录从所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；采样和计算单元，用于采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；采样和计算单元，用于采样所产生的标准偏差以获得多组提取的标准偏差，其中包含多个值，并且计算该多组所提取标准偏差中每一组的平均值；以及检测单元，用于当该平均值达到一个预定阈值时、基于该时间序列信号值的出现时间，检测该生物样品的物理化学特性中的变化以获得一个指标值(indexvalue)。
在本发明的一个方面中，一种用于高速筛选药品的装置，包含：至少一个包含上述设备的反应系统，用于测量所关心的生物样品的物理化学特性；以及检测单元，用于检测所关心的生物样品的物理化学特性中的变化。该反应系统包含一个基准电极和一个测量电极，该基准电极和该测量电极的配置和环境或特性适于表征所关心的生物样品的物理化学特性中的变化。
在本发明的设备中，通过一种诸如喷镀的技术，在多孔薄膜上设置电极，使得电极材料深深地渗透该多孔薄膜并且位于生物样品的附近。因此，该设备能够以一种有效的和高灵敏度的方式检测细胞的物理化学活性。此外，在本发明的设备中，测量位于细胞外的电势。因此，不需要像一种细胞内记录方法那样，用电解液填充接近于多孔薄膜的一个侧面的空间，其中在该多孔薄膜上设置有测量电极。在本发明的设备中，只有少量电解液(通常是克雷布斯-林格氏溶液)存在于这样一个空间中。这种电解液的数量只有大约1-10μl，包括包含于多孔薄膜中的电解液。相反，在WO 01/25769A2中公开的设备中，在由一个细胞膜分开的两个范围之间测量电流，所以必须用溶液填充一个抽吸系统。换句话说，本发明中的设备不要求在细胞和电极之间有高阻抗封接。
此外，鉴于通过微切削加工半导体衬底产生的一个设备在液体交换方面有困难，本发明中的设备使用了一种多孔材料，诸如空心纤维薄膜，该材料通常被用于过滤。因此，通过抽吸可以很容易地交换流体。特别地，同微孔过滤膜(Isopore)(由聚乙二醇对酞酸酯构成：由Millipore制造)、多微孔过滤膜(Omnipore)(聚四氟乙烯：由Millipore制造)等可以被用作本发明中的多孔薄膜。
本发明中的方法和装置用于测量由细胞和组织发出的物理化学变化，能够从细胞外记录的信号提取和测量由于离子通道的打开或者闭合而形成的有效信号，而这些信号用常规方式是不能被检测的。特别是，本发明提供了一种用于测量和分类整个细胞的离子通道活性的方法，其中使用了一个不需要专用控制装置的简单设备，而且能够在短时间中被很容易地测量细胞，其中由于没有使用化学材料，所以不需要考虑随着时间流逝会有任何副作用或者在荧光灵敏性中有任何变化；利用该方法还实现了高速药品筛选。
本发明的方法用于测量由细胞和组织发出的物理化学变化，该方法能够应用于药品筛选。例如，在测量电生理学的细胞功能的情况下，从捕获的信号中提取有效信号作为数字信号，并且对其进行测量和分类，所以本发明对高速药品筛选应用非常有用。
对本领域技术人员来说，通过结合附图阅读和理解下列详细说明，本发明的这些优点及其它优点将会是显而易见的。
附图简要说明
图1是根据本发明、用于检测生物样品中的物理化学变化的一个设备示例的剖面示意图。
图2示出本发明中用于检测生物样品中的物理化学变化的方法的原理示意图。
图3是根据本发明、用于检测由生物样品发出的物理化学变化的另一个设备示例的平面示意图。
图4(A)和4(B)分别是在多孔薄膜5上构成如图3所示的设备的结构的平面示意图和剖面示意图。
图5(A)和5(B)分别是在多孔薄膜5下面构成如图3所示的设备的结构的平面示意图和剖面示意图。
图6是如图3所示的设备的剖面示意图。
图7(A)和7(B)是如图3所示的设备的剖面示意图。
图8示出根据本发明的一个装置的配置的示意图。
图9示出本发明的装置的一个变体的配置的示意图。
图10示出本发明的装置的一个变体的配置的示意图。
图11示出本发明的装置的一个变体的配置的示意图。
图12示出Lymnaea stagnail神经细胞对碳酰胆碱(Carbachol)的浓度相关性反应的图表，其中该浓度相关性反应由本发明的装置进行测量。
图13示出Lymnaea stagnail神经细胞在向其施加碳酰胆碱(Carbachol)前后的测量结果的图表，其中该测量结果由本发明的装置进行测量。
图14示出Lymnaea stagnail神经细胞在向其施加碳酰胆碱(Carbachol)前后的测量结果的图表，其中该测量结果由一种传统的细胞内记录方法进行测量。
图15示出根据本发明用于分类药品的作用的一种方法的图表。
请注意，在图1-14中使用的参考编号指示下列元件：1-测量电极；2-导体；3-细胞隔离部分；4-粘胶层；5-多孔薄膜；6-支撑衬底；7-基准电极；8-抽吸线附件；9-支撑衬底-抽吸线附件粘胶层；12-导体；21-盖子；23-培养基；25-细胞；101-信号源；102-单位标准偏差计算部分；103-正态分布近似部分；104-触发信号产生部分；105-平均值计算部分；106-平均值/半宽计算部分；107-信号累加部分；108-活性计算部分；109-活性分类部分；110-数据显示部分；111-样品号分类部分。
优选实施例的描述
在下文中，本发明将通过参考附图的说明性实例进行描述。
(实施例1)
图1是根据本发明、用于检测生物样品中的物理化学变化的一个设备示例的剖面示意图。在一个多孔薄膜5的后侧面上设置测量电极1，用于检测生物样品(通常是细胞)中的物理化学变化，而且从该测量电极1中引出一个导体2。
通常，多孔薄膜5由尼龙网格构成，但不限于此。用于多孔薄膜5的材料进一步包含：纤维素混合酯、亲水性的聚偏二氟乙烯、疏水的聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、和聚乙二醇对酞酸酯。在本发明中的多孔薄膜5通常具有大约1到大约1000μm的孔径和大约1到大约10000μm的厚度。它的典型尺寸是大约5μm的孔径和大约10μm的厚度。
注意，如下所述，测量电极1的厚度能够通过在形成测量电极1时调整喷镀的时间来进行改变。因此，优选的是可以使用具有厚度100μm或更多的薄膜材料。
典型的是，通过喷镀一种导电材料(典型地为金)形成测量电极1和导体2。用于喷镀导电材料的技术为本领域技术人员所公知。例如，使用金来进行喷镀。在有惰性气体(诸如氩气)的情况下和在低真空下，在电极之间使用高频波产生等离子体。离子能量冲击在一个负电极上的金，所以分散的金在布置在一个相对的正电极上的一个多孔薄膜上形成了电极。做为选择，真空沉积法或类似方法可以被用来形成电极和导体。还可以通过印制形成电极和导体。
导体2的形成如下：在构图之前用掩模(未显示)覆盖多孔薄膜5，所以阻止了导电材料深深地进入到多孔薄膜5中。相反，测量电极1最好是通过喷镀形成的而没有掩模，所以允许电极材料深深地进入到多孔薄膜5里。通过喷镀形成的测量电极1通常具有一个圆形板的形状，但是取决于将被测量的受检体而可以是任何形状。测量电极1可以具有任何大小，这取决于将被测量的受检体。通常，测量电极1具有一个表面面积，其对应于由一个细胞隔离部分3界定的一个容器的水平横截面积。一个受检样品被容纳在该容器中。
接下来，具有测量电极1和导体2的多孔薄膜5被固定在一个支撑衬底6上。尔后，利用胶粘剂通过加压，使细胞隔离部分3连接到多孔薄膜5的一个表面。胶粘剂形成一个粘胶层4。粘胶层4阻止细胞培养基或者测量溶液23通过多孔薄膜5渗出。细胞隔离部分3界定用于容纳细胞培养基或者测量溶液23的容器。注意到，由参考编号21指示的元件是一个盖子，用于阻止在容器中的细胞培养基或者测量溶液23的蒸发。盖子21是选择性使用的，而不是必须使用的。
抽吸线路附件8构成一条抽吸线路，该附件经由一个支撑衬底-抽吸线路附件粘胶层9连接到支撑衬底6。在多孔薄膜5上提供大约50μl的培养基，同时少量培养基位于多孔薄膜5的下面。在多孔薄膜5上的培养基与在多孔薄膜5下面的培养基的体积比通常大约为50∶1或更多。由在多孔薄膜5上的培养基占用的容器的体积在此被称为是“在其中设置了一个基准电极的范围”。由在多孔薄膜5下面的培养基占用的容器的体积在此被称为是“在其中设置了一个测量电极的范围”。
参见图2，选择多孔薄膜5的厚度，以便使布置在多孔薄膜5下面的测量电极1接触或很接近于一个生物样品。通常，在生物样品和测量电极1之间的距离在大约50μm范围之内。优选的是，测量电极1接触细胞25。典型地，在测量中，在如图1所示的支撑衬底6下面设置的抽吸线路抽吸细胞25，以便使细胞25与测量电极1密切接触，所以能够高灵敏度地检测在细胞25中的物理化学变化。在图2下半部分的一个图是细胞25附近的一个放大视图，示意地用箭头显示了由细胞25发出的一个物理化学信号被传输到测量电极1。
多孔薄膜5使得易于处理溶液，该溶液包含用于将被测试的药品的候选化合物。特别是，在短时间内，通过经由包括在该设备内的抽吸线路附件进行抽吸(由在图1中间的一个箭头指示)，可以交换所有出现在薄膜5上的受检溶液。
(实施例2)
图3是根据本发明、用于检测由生物样品发出的物理化学变化的另一个设备示例的平面示意图。该设备包含16个测量电极1，其中每个测量电极具有2mm的直径，以1mm的间隔隔开，而且以矩阵形式配置。图3是从顶端观看该设备的一个假想图。在图3中，基准电极7和与其连接的导体12分别布置在由一个通常为透明的细胞隔离部分3(未显示)界定的容器的内壁上，和细胞隔离部分3的一个表面上。由这些容器容纳生物样品。在多孔薄膜5的后侧面上设置测量电极1和与其连接的导体2。在图3的例子中，16个测量电极1基本上是圆形。然而，可以设置任意数量的、具有任何形状和面积的测量电极，并且在该设备中以适当的间隔隔开。通常，测量电极的面积大约为1μm2到1cm2，而且它的形状基本上是圆形或长方形。这些测量电极以大约10到10000μm的间隔隔开并且以矩阵形式配置。
图4(A)和4(B)分别是在多孔薄膜5上、构成如图3所示的设备的结构的平面示意图和剖面示意图。如图4(A)所示，在由细胞隔离部分3界定的容器的内壁上设置环形的基准电极7，并且使它连接一个导体，该导体延伸到一个衬底的一个侧面。
图5(A)和5(B)分别是在多孔薄膜5下面的、构成如图3所示的设备的结构的平面示意图和剖面示意图。如图5(B)所示，测量电极1上用斜线画出阴影线，它是通过喷镀导电材料形成的，该导电材料渗透多孔薄膜5。通过在薄膜5上设置掩模层10的位置喷镀导电材料，形成导体2，所以阻止了导电材料深深地进入到多孔薄膜5中。
图6和图7(A)和7(B)是如图3所示的设备的剖面示意图。图6更详细地显示了基准电极7的结构。图7(A)和7(B)更详细地显示了测量电极1的结构。图7(A)是测量电极1的结构的剖面示意图。图7(B)是在该设备中的16个测量电极1和与其连接的导体2的布置的平面示意图。在图7(A)中显示了由图7(B)中的X指示的一部分的剖面。
如图6所示，基准电极7基本上具有环形结构，并被设置在由细胞隔离部分3界定的容器的内壁上。基准电极7连接到在细胞隔离部分3上设置的导体2并且由导体2引出。基准电极7提供了一个参考电势，用于检测细胞25的物理化学变化，其中该细胞25由图7(B)中的一个椭圆指示。例如，基准电极7由银—氯化银构成。如图7(A)所示，测量电极1是通过使电极材料进入多孔薄膜5中形成的，所以测量电极1被布置在将要测量的细胞附近。连接到测量电极1的导体2的布置方式，使得导体2和多孔薄膜5夹住掩模层10。
(实施例3)
图8示出包含上述设备的一个装置的配置的原理图，该设备用于检测由生物样品发出的物理化学变化，其中该装置被配置为测量和提取该生物样品的离子通道活性。该装置包含：一个测量部分(信号源)101，其中包含一个用于检测由生物样品发出的物理化学变化和测量由神经细胞产生的作用电势的设备；一个单位标准偏差计算部分102，用于采样来自于测量部分101的信号并且计算该信号的标准偏差；一个平均值计算部分105，用于计算所获得的标准偏差的平均值；一个活性计算部分108，用于根据由平均值计算部分105输出的标准偏差的平均值，计算细胞的离子通道活性；以及一个数据显示部分110，用于显示计算的活性。在图8中，在每个部分之间的交流由一条虚线或一条实线指示。注意，单位标准偏差计算部分102、平均值计算部分105、以及活性计算部分108可以典型地是软件程序，它被记录在计算机的硬盘中。数据显示部分110可以是一个CRT。
注意，在图8中参考编号103、104、106和109分别指示如下所述的一个正态分布近似部分、一个刺激产生部分、一个平均值/半宽计算部分以及一个活性分类部分。
测量部分(信号源)101包含如图3所示的传感器衬底。具有如图8所示的配置的装置用来测量神经细胞对化学物质碳酰胆碱(Carbachol)的作用，其中该神经细胞是从Lymnaea stagnail中制取的。碳酰胆碱(Carbachol)是一种被称为神经传递介质乙酰胆碱(Acetylcholina)的类似物的化学物质。碳酰胆碱(由Sigma出品)溶于人造的脑脊液中，形成0、0.1、0.3、1、3、10、30和100μm的浓度。具有这些浓度的溶液用来测量由该神经细胞发出的电信号。就每个碳酰胆碱浓度来说，持续10秒的时间序列数据是从包含传感器衬底的测量部分(信号源)101中获得的，而且以100ms的间隔被采样，并且计算采样数据的标准偏差。在图12中示出了标准偏差的平均值。
如能够从图12中看到的那样，碳酰胆碱浓度越大，每100毫秒中标准偏差的平均值就越大。这个结果表明，Lymnaea stagnail神经细胞的离子通道取决于碳酰胆碱浓度被激活。此外，有可能推导出神经细胞的所有离子通道的总活性度。
(实施例4)
图9是一个显示了包含上述设备的一个装置的配置的原理图，该设备用于检测由生物样品发出的物理化学变化，其中该装置被配置为测量和提取生物样品的离子通道活性。除了使用正态分布近似部分103、平均值/半宽计算部分106和活性分类部分109代替平均值计算部分105和活性计算部分108之外，该装置与图8中的装置相同。在图9中，在每个部分之间的交流传递由一条虚线或一条实线指示。
正态分布近似部分103把由单位标准偏差计算部分102获得的多个标准偏差值分成多个类别，这些类别具有一个预定宽度的标准偏差作为一个单位，并将这些标准偏差值绘制成图，其中X轴表示类别，Y轴表示属于该类别的标准偏差值的数目，并将所获得图近似为一个正态分布。平均值/半宽计算部分106计算所产生的正态分布的平均值和半宽。活性分类部分109基于所获得的平均值和半宽对离子通道活性加以分类。注意到，类似于图8中的装置，单位标准偏差计算部分102、正态分布近似部分103、平均值/半宽计算部分106和活性分类部分109可以典型地是被记录在计算机的硬盘中的软件程序。数据显示部分110可以是一个CRT。
测量部分(信号源)101包含如图3所示的传感器衬底。具有如图9所示的配置的装置用来测量神经细胞对碳酰胆碱的作用，其中该神经细胞是从Lymnaea stagnail中制取的。
在50μm浓度的碳酰胆碱被用于Lymnaea stagnail神经细胞之前和之后，从测量部分(信号源)101中获得信号，而且以类似于实施例1中的方式计算这些信号的标准偏差。正态分布近似部分103把这些标准偏差绘制成为一个如图13所示的图。
图13显示了标准偏差值的一个直方图，这些偏差值是在应用碳酰胆碱之前、根据电信号的时间序列数据每5毫秒进行计算并达到10秒，图13还显示了标准偏差值的一个直方图，这些偏差值是在应用碳酰胆碱之后、根据电信号的时间序列数据每5毫秒进行计算并达到10秒。如图13所示，在应用碳酰胆碱前后的直方图近似于正态分布。在应用之前所产生的正态分布图的平均值和半宽分别是0.478和0.109，而在应用之后所产生的正态分布图的平均值和半宽分别是0.703和0.175。因此，可以证实的是，从应用碳酰胆碱之前到应用碳酰胆碱之后，每5毫秒的标准偏差的平均值增加了。这是由于应用碳酰胆碱激活了Lymnaea stagnail神经细胞的离子通道，而且已经激活的离子通道的打开或关闭引起在如图13所示之结果中反映出来的作用电势中的变化。
图14显示了每5毫秒的标准偏差值的一个直方图，其中对由一种传统的细胞内记录方法获得的数据进行如上所述的信号处理。从图14中可以看到，细胞外记录方法的测量结果类似于细胞内记录方法的测量结果。
如上所述，依据本发明中的技术，与离子通道的打开或关闭有关的细胞活性和其中的变化能够被测量，而不使用常规的细胞内记录方法。因此，通过测量离子通道活性、和比较离子通道活性的绝对值、或在应用药品到细胞中的前后或取决于该药品的数量、在离子通道活性中的增加或减少，本发明可以对药品的作用或效果进行定性或定量的分类。
(实施例5)
细胞内记录研究等已经证实的是，当细胞由10μm的降肾上腺素刺激时，平滑肌细胞中的Ca离子通道的活性是由硝苯吡啶(nifedipine)以一种浓度相关的方式抑制的。在通过细胞内记录获得的数据中，硝苯吡啶抑制在图15中是用两个变量表示和绘制的，即：标准偏差的正态分布的平均值对一个参考值的偏差(相对位移值)，和标准偏差的正态分布的半宽对一个参考值的偏差(相对延伸)。在图15中，圆形表示具有一个变化的浓度(0.03到30μM)的硝苯吡啶。
通过细胞内记录方法记录的硝苯吡啶对Ca离子通道的效果，被用作数据库，以分类两种药品A和B的效果，用于抑制Ca离子通道，其中两种药品A和B的效果是通过与实施例4中相同的细胞外记录方法记录的。细胞的离子通道活性是由与实施例2中相同的方法测量的，而药品A和B的浓度在0.03到30μM的范围内变化。类似于硝苯吡啶，所产生的效果在图15中是用两个变量表示和绘制的，即：标准偏差的正态分布的平均值对一个参考值的偏差(相对位移值)，和标准偏差的正态分布的半宽对一个参考值的偏差(相对延伸)。在图15中，三角形表示化合物A，而正方形表示化合物B。如图15所示，化合物A(三角形)表现为一种浓度相关的方式，其方式与在上述浓度范围内的硝苯吡啶(圆形)的方式基本相同。因此，化合物A被推断为是一个类似于硝苯吡啶的Ca离子通道抑制剂。相反，化合物B基本上在上述相对位移和相对延伸中无变化，所以化合物B很可能不是一个存在于平滑肌细胞中的Ca离子通道阻断剂。
如上所述，本发明中的方法使得推导出未知药品的效果成为可能。此外，例如，可以使用由如图15所示的一个虚线圆周表示的阈值来评定药品，其中该虚线圆周表示上述相对位移和相对延伸每个都在大约5％范围内(特别是，给出一个将被绘制在该圆周内的测量值的浓度不具有任何药物效果，而给出一个将不被绘制在该圆周内的测量值的浓度具有一种药物效果)，因此使得有效地筛选药品成为可能。
在上述例子中，采用了正态分布的平均值对参考值的偏差和正态分布的半宽对参考值的偏差。另一方式是，可以采用标准偏差和方差对应的参数来估计药品的效果。
如上所述，在本发明中，基准电极和测量电极的配置和环境或特性适于表征在生物样品的电特性中的变化。因此，在生物样品中的电变化能够被测量，而没有在细胞(或组织)和测量设备之间形成一个高阻密封(高阻抗封接)。此外，在本发明中，检测生物样品的电特性中的变化之步骤典型地处理以恒定采样率捕获的数字信号(预定的时间序列数据)，所以表示离子通道的打开或关闭的有效信号能够从噪音中被提取出来，并被测量和分类。
应注意的是，如图8或9所示的装置被使用在上述实施例中，但是做为选择，如图10或11所示的装置可以被用来代替图8或图9中的装置。
如图10所示的装置除图8中的装置之外，还包含一个由参考编号111表示的采样数分类部分。
如图11所示的装置与图9中的装置相同，除了图11中的装置包含多个信号源101(其中包含有本发明的上述设备)、并且进一步包含用于累加来自于信号源101的信号的信号累加部分107、和一个用于刺激信号源101的信号产生部分104之外。
依据本发明、用于测量由生物样品(诸如细胞和组织)发出的物理化学变化的方法和装置，能够从细胞外测量中提取与离子通道的打开或关闭有关的有效信号，该信号用常规方式是不能被检测的。特别是，本发明提供了一种用于测量和分类整个细胞的离子通道活性的方法，其中可以使用一个基本上不要求专用控制装置的简单设备以很容易地在短时间内进行测量，由于基本上没有使用化学物质，所以不要求考虑随着时间流逝而产生的副作用或荧光灵敏度中的变化。本发明还提供了一种使用上述方法的药物筛选方法和装置。
依据本发明的一种用于测量由细胞和组织发出的物理化学变化的方法能够被应用于药品筛选。例如，在测量电生理学的细胞功能的情况下，从捕获的信号中提取有效信号作为数字信号，并且对其进行测量和分类，所以本发明对高速药品筛选应用是非常有用的。
在不背离本发明的范围和宗旨的情况下，其它各种修改对本领域技术人员来说将会是显而易见的，而且能够容易地进行。因此，本说明书并非是要限定权利要求的范围，而是权利要求应被广泛地解释。

Claims (26)

1.一种用于检测生物样品中的物理化学变化的设备，包含：
至少一个测量电极，由导电材料而形成；
多孔薄膜；以及
连接到该测量电极的导体；其中该至少一个测量电极被设置在该多孔薄膜的后侧以便进入该多孔薄膜，该生物样品被设置在该多孔薄膜的表面，该多孔薄膜被夹在该生物样品与该至少一个测量电极之间；
该设备进一步包含：
一个支撑衬底，用于支撑该多孔薄膜；
一个细胞隔离部分，设置在该多孔薄膜的表面上，用于界定至少一个用以容纳生物样品的容器；
至少一个基准电极，以及
一个抽吸部分，用于从该薄膜的后侧吸取该容器中的生物样品。
2.如权利要求1所述的设备，其中，该测量电极是通过在该多孔薄膜上喷镀导电材料而设置的，该导体是通过在该多孔薄膜上设置的掩模层上喷镀或印制导电材料而设置的。
3.如权利要求1所述的设备，其中，每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和与其连接的导体绝缘，使得这些测量电极能够彼此独立地执行检测。
4.如权利要求3所述的设备，其中，通过注入到多孔薄膜的绝缘树脂，每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
5.如权利要求3所述的设备，其中，通过用热处理、激光或压力破坏每个测量电极和与其连接的导体周围的多孔结构，每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
6.如权利要求3所述的设备，其中，通过用胶粘剂将在该多孔薄膜上设置的细胞隔离部分粘合到该多孔薄膜，每个测量电极和与其连接的导体与其它测量电极和其处的导体绝缘。
7.如权利要求1所述的设备，其中，
在该容器的内壁上设置一个基准电极，而且在该细胞隔离部分的上侧设置一个连接到该基准电极的导体。
8.如权利要求1所述的设备，其中，该细胞隔离部分由绝缘材料构成。
9.一种用于测量所关心的生物样品中的物理化学变化的方法，包含以下步骤：
设置至少一个反应系统，用于测量所关心的生物样品的物理化学特性；
放置所关心的生物样品在该反应系统中；以及
检测在所关心的生物样品的物理化学特性中的变化，
其中，该反应系统包含如权利要求8的设备，该基准电极和该测量电极的配置环境或特性适于表征所关心的生物样品的物理化学特性中的变化。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该配置环境或特性是该基准电极和该测量电极的阻抗，并且该测量电极的阻抗小于该基准电极的阻抗。
11.如权利要求9所述的方法，其中，该配置环境或特性是该基准电极和该测量电极的频率特性，该测量电极在10Hz到10kHz的阻抗小于该基准电极在10Hz到10KHz的阻抗。
12.如权利要求10所述的方法，其中，该基准电极的阻抗是该测量电极的阻抗的5倍或更多倍。
13.如权利要求9所述的方法，其中，该反应系统具有从下面这样一个组中选择出来的配置环境或特性，其中该组包含：该基准电极的阻抗∶该测量电极的阻抗＝5∶1，且浸没该基准电极的电解液的体积∶浸没该测量电极的电解液的体积＝5∶1。
14.如权利要求9所述的方法，其中，检测所关心的生物样品的物理化学特性的步骤包含以下步骤：
(a)记录所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；
(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；
(c)计算每一个标准偏差的平均值；以及
(d)基于该平均值检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
15.如权利要求9所述的方法，其中，检测所关心的生物样品的物理化学特性的步骤包含以下步骤：
(a)记录所关心的生物样品发出的物理化学信号作为时间序列信号值；
(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；
(c)把这些标准偏差分成多个类别，这些类别具有预定大小的标准偏差作为一个单位，并且获得一个分布，该分布指示属于这些类别的该多组所提取数据的物理化学特性；
(d)把该分布近似为一个正态分布；
(e)计算所产生的正态分布的平均值和半宽；
(f)选择性地重复(b)到(e)；以及
(g)基于该平均值和半宽检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
16.如权利要求15所述的方法，其中，重复步骤(b)到(e)，而且将被采样的时间序列信号值的数目在每次重复中是变化的。
17.如权利要求15所述的方法，其中，在步骤(b)之前，该方法进一步包含：累加由在该反应系统中提供的多个所关心的生物样品发出的时间序列信号值。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在步骤(a)之前，该方法进一步包含：同时刺激该多个所关心的生物样品。
19.如权利要求9所述的方法，其中，检测所关心的生物样品的物理化学特性中的变化的步骤包含以下步骤：
(a)记录所关心的生物样品发出的物理化学信号作为时间序列信号值；
(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；
(c)把这些标准偏差分成多个类别，这些类别具有一个预定大小的标准偏差作为一个单位，并且获得一个分布，该分布指示了属于这些类别的该多组所提取数据的物理化学特性；
(d)通过从下面这个组中选择出来的曲线近似分析来近似该分布，其中该组包含指数减少分析、指数增加分析、高斯分布、洛伦兹分布、σ分析、多峰值分析、和非线性分析；以及
(e)基于在通过步骤(d)获得的近似曲线上的一个峰值前后的梯度，检测该生物样品的物理化学特性中的变化。
20.如权利要求14所述的方法，其中，以时间序列方式执行在步骤(b)中的采样。
21.如权利要求14所述的方法，其中，随机地执行在步骤(b)中的采样。
22.如权利要求14所述的方法，其中，以时间序列方式从原始数据a起多次执行步骤(b)中的采样，以及以时间序列方式从在原始数据a之后一个预定时间记录的数据b起多次执行在步骤(b)中的采样。
23.如权利要求15所述的方法，其中，以时间序列方式从原始数据a起多次执行步骤(b)中的采样，以及以时间序列方式从在原始数据a之后一个预定时间记录的数据b起多次执行在步骤(b)中的采样。
24.如权利要求9所述的方法，其中，检测所关心的生物样品的物理化学特性中的变化的步骤包含以下步骤：
(a)记录所关心的生物样品中发出的物理化学信号作为时间序列信号值；
(b)采样该时间序列信号值以获得多组提取的数据，其中包含多个值，并且计算该多组中每一组的标准偏差；
(c)采样所产生的标准偏差以获得多组提取的标准偏差，其中包含多个值，并且计算该多组所提取的标准偏差中每一组的平均值；以及
(e)当该平均值达到一个预定阈值时，基于该时间序列信号值的出现时间，检测该生物样品的物理化学特性中的变化，以获得一个指标值。
25.如权利要求14所述的方法，其中，所关心的生物样品是细胞，该物理化学信号是相关于该细胞的离子通道或受体的活性化、或细胞内的信号转导系统的动作。
26.如权利要求15所述的方法，其中，分别在有对该生物样品具有已知作用的一种标准化学物质的情况下、以及在有一种受检化学物质的情况下执行步骤(a)，而且分别使该标准化学物质和该受检化学物质的浓度改变来执行步骤(f)，以及
该方法进一步包含：把在有该标准化学物质的情况下在步骤(g)获得的物理化学特性中的变化与在有该受检化学物质的情况下在步骤(g)获得的物理化学特性中的变化进行比较，并且表征该受检化学物质对该生物样品的作用。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0207845D0 (en) * 2002-04-04 2002-05-15 Lgc Ltd Apparatus, methods and means for biochemical analysis
JP3624292B2 (ja) * 2002-05-13 2005-03-02 松下電器産業株式会社 生体試料の活動信号計測装置および計測方法
US7540947B2 (en) 2002-07-02 2009-06-02 Panasonic Corporation Biosensor, biosensor chip, and biosensor device
US7015011B2 (en) * 2003-04-18 2006-03-21 Electronic Biosciences, Llc Circuit and method to non-invasively detect the electrical potential of a cell or neuron
JP3801617B2 (ja) * 2003-06-27 2006-07-26 松下電器産業株式会社 薬理測定装置およびシステム並びにそれに用いるウェル容器
WO2009038079A1 (ja) * 2007-09-18 2009-03-26 Biotec Co., Ltd. 細胞測定容器、細胞外電位測定方法、薬品検査方法
EP2302375B1 (de) * 2009-09-29 2012-09-12 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Stromspannungskurve einer Zelle
FR2956207B1 (fr) * 2010-02-10 2012-05-04 Horiba Abx Sas Dispositif et procede de mesures multiparametriques de microparticules dans un fluide
FR2970334A1 (fr) * 2011-01-07 2012-07-13 Horiba Abx Sas Dispositif d'inspection d'un fluide biologique
US9080999B2 (en) * 2011-09-02 2015-07-14 Molecular Devices, Llc Voltage offset correction in high-throughput electrophysiological measurement system
FR3042873A1 (fr) 2015-10-23 2017-04-28 Ecole Polytech Procede et systeme de discrimination de cellules
JP7349727B2 (ja) 2016-11-21 2023-09-25 センサム 生体構造の特徴づけおよび同定
KR102400237B1 (ko) * 2020-08-04 2022-05-23 재단법인대구경북과학기술원 전자약의 스크리닝 장치 및 이를 이용한 스크리닝 방법

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58171659A (ja) * 1982-04-01 1983-10-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気化学センサ−
EP0152632B1 (en) * 1983-12-30 1989-12-13 Nitto Denko Corporation Electroconductive porous film and process for producing same
GB8612861D0 (en) * 1986-05-27 1986-07-02 Cambridge Life Sciences Immobilised enzyme biosensors
US4789436A (en) * 1988-02-22 1988-12-06 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for nondestructive in vivo measurement of photosynthesis
EP0353328A1 (en) * 1988-08-03 1990-02-07 Dräger Nederland B.V. A polarographic-amperometric three-electrode sensor
US5200051A (en) * 1988-11-14 1993-04-06 I-Stat Corporation Wholly microfabricated biosensors and process for the manufacture and use thereof
WO1991002975A1 (en) * 1989-08-21 1991-03-07 The Board Of Regents Of The University Of Washington Multiple-probe diagnostic sensor
WO1994028414A1 (en) * 1993-05-29 1994-12-08 Cambridge Life Sciences Plc Sensors based on polymer transformation
KR0123078B1 (ko) * 1993-07-21 1997-11-17 배순훈 약신호 수신시 노이즈 감소회로
US6315953B1 (en) * 1993-11-01 2001-11-13 Nanogen, Inc. Devices for molecular biological analysis and diagnostics including waveguides
US6726880B1 (en) * 1993-11-01 2004-04-27 Nanogen, Inc. Electronic device for performing active biological operations and method of using same
US6099803A (en) * 1994-07-07 2000-08-08 Nanogen, Inc. Advanced active electronic devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6225059B1 (en) * 1993-11-01 2001-05-01 Nanogen, Inc. Advanced active electronic devices including collection electrodes for molecular biological analysis and diagnostics
US6254827B1 (en) * 1993-11-01 2001-07-03 Nanogen, Inc. Methods for fabricating multi-component devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6068818A (en) * 1993-11-01 2000-05-30 Nanogen, Inc. Multicomponent devices for molecular biological analysis and diagnostics
US5563067A (en) * 1994-06-13 1996-10-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Cell potential measurement apparatus having a plurality of microelectrodes
GB9812783D0 (en) * 1998-06-12 1998-08-12 Cenes Ltd High throuoghput screen
US6488829B1 (en) * 1999-08-05 2002-12-03 Essen Instruments Inc High-throughput electrophysiological measurement apparatus
US6682649B1 (en) * 1999-10-01 2004-01-27 Sophion Bioscience A/S Substrate and a method for determining and/or monitoring electrophysiological properties of ion channels
AU780157B2 (en) * 1999-10-01 2005-03-03 Sophion Bioscience A/S A substrate and a method for determining and/or monitoring electrophysiological properties of ion channels
US6756223B2 (en) * 2001-12-18 2004-06-29 Motorola, Inc. Electro-chemical analysis device with integrated thermal sensor and method for monitoring a sample using the device

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