CN202945245U - 具有电流和阻抗检测功能的活体单细胞电穿孔装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有电流和阻抗检测功能的活体单细胞电穿孔装置，包括：单片机；按键，与所述单片机的第一I/O端相连；数模转换器，所述数模转换器的输入端与所述单片机的第二I/O端相连；脉冲发生模块，输入端与所述数模转换器的输出端相连；选择开关，两个输入端分别与所述数模转换器和脉冲发生模块的输出端相连，其选择切换由所述单片机控制；电流检测器，其输入端与所述选择开关的输出端相连；输出电极，与所述电流检测器的刺激输出端相连；模数转换器，输入端与所述电流检测器的信号出端相连，输出端与所述单片机的第三I/O端相连。本实用新型能够在单细胞水平上活体电穿孔转染细胞，有效提高了活体单细胞电穿孔的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种活体单细胞电穿孔装置，尤其涉及一种具有电流和阻抗检测功能的活体单细胞电穿孔装置。
背景技术
活体电穿孔利用脉冲电场作用于细胞膜表面，产生疏水或亲水的微小通道，这种通道能维持很短时间，生物大分子可通过这种微小的通道进入细胞。由于活体电穿孔的转染效率高、外源基因大小没有限制、操作简单快速等优点，目前国内外活体电穿孔法介导外源基因转染的应用越来越多。
一般商业化的活体电穿孔仪会在局部组织大量转染细胞，当需要转染极少数几个细胞，甚至是特定靶向转染单细胞时，这种方法就遇到了困难，并且无法在空间上精确定位到单个细胞水平。近年来出现了为数不多的方法试图克服这种局限。Cline H.T.研究组（具体请参见以下文献：Haas,K.,Sin,W.C.,Javaherian,A.,Li,Z.,and Cline,H.T.(2001).Single-cell electroporation for gene transfer in vivo.Neuron 29,583-591.）首次使用结合微电极、脉冲发生器和示波器实现活体单细胞电穿孔标记。通常，电极接近细胞膜表面阻抗会升高，此时电脉冲可以有效地在细胞膜表面穿孔，而远离细胞膜表面时电穿孔的效率会急剧下降，由于该方法不能检测电极接近细胞膜的程度，也就不能可靠地转染活体细胞。此外，该方法需要多台仪器发配合使用，造成功能冗余、操作复杂、工作效率低，而且复杂的系统组成也会降低系统工作的稳定性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种活体单细胞电穿孔装置，能够实时获取电极阻抗和电流强度信息，有利于提高转染效率，简化系统组成和操作。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有电流和阻抗检测功能的活体单细胞电穿孔装置，包括：
单片机；
按键，与所述单片机的第一I/O端相连；
数模转换器，所述数模转换器的输入端与所述单片机的第二I/O端相连；
脉冲发生模块，所述脉冲发生模块的输入端与所述数模转换器的输出端相连；
选择开关，所述选择开关的两个输入端分别与所述数模转换器和脉冲发生模块的输出端相连，所述选择开关的选择切换由所述单片机控制；
电流检测器，其输入端与所述选择开关的输出端相连；
输出电极，与所述电流检测器的刺激输出端相连；
模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述电流检测器的信号出端相连，所述模数转换器的输出端与所述单片机的第三I/O端相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述活体单细胞电穿孔装置还包括：显示屏，与所述单片机的第四I/O端相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述活体单细胞电穿孔装置还包括：触发开关，与所述单片机的第五I/O端相连，用于控制所述单片机对所述选择开关进行选择切换。
根据本实用新型的一个实施例，所述活体单细胞电穿孔装置还包括：玻璃微电极，其内设置有与所述输出电极相连的金属丝电极，所述玻璃微电极内还容置有需要转染的极性分子，所述玻璃电极的尖端与实验组织接触，所述实验组织接地。
根据本实用新型的一个实施例，所述玻璃微电极的尖端直径为0.5μm~1μm。
根据本实用新型的一个实施例，所述玻璃微电极安装在微操作手上。
根据本实用新型的一个实施例，所述模数转换器的输入端经由运算放大器与所述电流检测器的信号输出端相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述活体单细胞电穿孔装置还包括：电源，为所述单片机、选择开关、数模转换器、模数转换器、脉冲发生模块供电。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型实施例的活体单细胞电穿孔装置能实时获取电极阻抗和电流强度信息，有利于提高转染效率，简化系统组成和操作。而且克服了现有技术中单一的脉冲发生器仅能产生脉冲、不能测量微电流和阻抗、依赖于其他专业仪器配合，从而造成功能冗余、成本昂贵和操作复杂等缺陷。
附图说明
图1是本实用新型实施例的活体单细胞电穿孔装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
参考图1，本实施例的活体单细胞电穿孔装置包括：按键101、触发开关102、单片机103、显示屏104、数模转换器（DAC）105、脉冲发生模块106、电源107、选择开关108、电流检测器109、运算放大器110、模数转换器（ADC）111、输出电极112、玻璃微电极113。
其中，按键101与单片机103的第一I/O端相连，操作者可以通过按键101进行操作参数的设置，例如可以设置脉冲次数、脉冲宽度以及数模转换器105输出的电压值。显示屏104与单片机103的第四I/O端相连，其上可以显示单片机103输出的各种计算结果，例如电极的阻抗、检测到的电流值等。按键101和显示屏104共同形成了该电穿孔装置的人机交互界面。
电源模块107可以采用220V、110V等交流电来为其他模块供电，例如可以为单片机103、显示屏104、数模转换器105、选择开关108、模数转换器111、运算放大器110提供±5V的电源电压，另外还可以为脉冲发生模块106提供0～±80V的直流电压。
数模转换器105的输入端与单片机103的第二I/O端相连，数模转换器105受单片机103的第二I/O端输出的控制信号控制，从而实现数模转换。数模转换器105输出的电压信号能够控制脉冲发生模块106产生不同的脉冲信号。
脉冲发生模块106的输入端与数模转换器105的输出端相连，在数模转换器105输出端输出的不同电压信号控制下，脉冲发生模块106的输出端产生不同的脉冲信号。
选择开关108的两个输入端分别与数模转换器105和脉冲发生模块106的输出端相连，选择开关108的选择切换由单片机103控制。换言之，单片机103可以控制选择开关108将数模转换器105输出的信号传输至电流检测器109，也可以切换为将脉冲发生模块106输出的信号传输至电流检测器109。也就是说，选择开关108受单片机103的控制，在数模转换器105输出的模拟电压和脉冲发生模块106输出的电压之间选择接入电流检测器109的回路。
触发开关102与单片机103的第五I/O端相连，用于控制单片机103对选择开关108进行选择切换。例如，触发开关102可以是一个手动或者脚踩的开关，用于触发选择开关108输出脉冲发生模块106产生的脉冲序列，或者输出数模转换器105输出的模拟电压。
电流检测器109的输入端与选择开关108的输出端相连，用于检测流经该电流检测器109的电流信号的电流值。
输出电极112与电流检测器109的刺激输出端相连，将流经电流检测器109的电流信号传输出。
模数转换器111的输入端经由运算放大器110与电流检测器109的信号输出端相连。其中运算放大器110对电流检测器109输出的检测信号进行放大，模数转换器111将该检测信号转换为数字信号并传输至单片机103的第三I/O端。
玻璃微电极113可以安装在微操作手上，玻璃微电极113内装载有极性分子，例如需要转染的DNA、RNA、吗啉寡聚核苷酸（Morpholinooligonucleotides）或染料等极性分子。玻璃微电极113内设置有金属丝电极，该金属丝电极与输出电极112相连。优选地，该玻璃微电极113的尖端直径为0.5μm~1μm，玻璃微电极113的尖端与实验组织114（例如动物组织）相接触，该动物组织接地，即动物组织114与整个电穿孔装置共地。
在检测电极阻抗时，选择开关108的输出端切换至于数模转换器105相连，数模转换器105输出的电压经过电流检测器109、玻璃微电极13、动物组织114以及地电极形成回路，电流检测器109可以检测出在该电压条件下的电流值，该电流值经过运算放大器110放大后，由模数转换器111将模拟信号转换为数字信号，进而输入至单片机103。单片机103根据数模转换器105输出的模拟电压以及电流检测器109检测到的电流值可以计算出电阻值，即电极的阻抗，并显示在显示屏104上。
在测量电穿孔电流时，选择开关108的输出端切换至于脉冲发生模块106的输出端相连。脉冲发生模块106输出的脉冲信号经过电流检测器109、输出电极112、玻璃微电极113、动物组织114以及地电极形成回路，电流检测器109检测到的电流值经过运算放大器110放大，由模数转换器111进行模数转换后传输至单片机103，从而获得脉冲刺激时的电流值。
作为一个非限制性的例子，本实施例的电穿孔装置能够根据操作者设定的小于5V的电压输出来检测回路中的电流，从而计算得到阻抗变化；由阻抗的变化可以判断出电极接近细胞膜的程度。此外，该装置可以根据实际需要的参数来设定脉冲序列、脉冲宽度以及电压，最大电压范围为±80V，并检测出在相应脉冲信号刺激下的脉冲电流。
下面参考两个实例来对图1所示的电穿孔装置的使用方法以及工作过程作更详细的描述。
实例1单细胞活体标记非洲爪蟾蝌蚪神经元
非洲爪蟾蝌蚪经麻醉后，用含盐溶液的低熔点琼脂糖固定。低熔点琼脂糖经导线接地。输出电极112与玻璃微电极113内的金属丝电极相连，玻璃微电极113内装有需要转染的DNA。玻璃微电极113尖端直径为0.5μm～1μm，玻璃微电极113安装在微操手上。移动玻璃微电极113穿刺进入动物组织114内的特定位置，此时数模转换器105输出的100mV电压接入电流检测回路，电流检测器109检测到的电流强度经单片机103计算后，单片机103将电流强度和阻抗值显示在显示屏上104上。移动玻璃微电极113，阻抗提高时，说明玻璃微电极113的尖端接近细胞膜。
本实例中，脉冲发生模块106产生的脉冲信号的脉冲次数可以为100次，脉冲宽度可以为0.5ms，脉冲频率可以为100HZ，设置脉冲的电压为40V，设置阻抗检测用的电压为100mV。
玻璃微电极113的尖端移动过程中检测电极阻抗的变化。通常玻璃微电极113没有接近细胞膜时，阻抗为10～30MΩ；而接近细胞膜时，阻抗升高。由此可以有效地转染细胞。当阻抗升高1.1～1.3倍左右时，按动触发开关102，切换选择开关108，此时脉冲发生模块106输出的电压接入回路，经电流检测器109作用于动物组织114的细胞，电流检测器109检测到的电流经过运算放大器110和模数转换器111传输至单片机103，最终单片机103将电流强度显示在显示屏4上。单细胞电穿孔的电流一般在μA和亚μA水平，太高的电流会导致局部组织的损伤和炎症。转染完成，把动物放回培养溶液中清醒和恢复。24～48h后，单细胞电穿孔转染的荧光蛋白表达。
实例2活体电穿孔组织转染非洲爪蟾放射状胶质细胞
除了单细胞电穿孔转染活体细胞，图1所示的装置还可用于活体动物组织的多细胞组织转染。非洲爪蟾蝌蚪经麻醉后，用含盐溶液的低熔点琼脂糖固定其位置。低熔点琼脂糖经导线接地。输出电极112与玻璃微电极113内的金属丝电极相连，放置在需要转染组织上方的动物体表。在非洲蝌蚪脑室内预先注入需要转染的DNA。
接通电源后，通过按键101以及显示屏104设置参数，脉冲次数可以为10次，脉冲宽度可以为5ms，脉冲频率可以为1HZ，设置脉冲的电压为18V，设置阻抗检测用的电压为10mV。
测量计接入阻抗能获得电导的大小，由此可以估计设置脉冲的电压强度，太高的电压会增大电流强度，从而导致动物组织的损伤；而过小的脉冲电流会导致效率低下，此外其效率还跟脉冲的次数，脉冲的宽度等参数有关。
按动触发开关102，给局部动物组织114脉冲刺激，从显示屏104中可以读取到脉冲产生的电流强度。转染完成后，把非洲爪蟾蝌蚪放回培养溶液中清醒和恢复。24～48h后，组织电穿孔转染的荧光蛋白表达。
本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种具有电流和阻抗检测功能的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，包括：
单片机；
按键，与所述单片机的第一I/O端相连；
数模转换器，所述数模转换器的输入端与所述单片机的第二I/O端相连；
脉冲发生模块，所述脉冲发生模块的输入端与所述数模转换器的输出端相连；
选择开关，所述选择开关的两个输入端分别与所述数模转换器和脉冲发生模块的输出端相连，所述选择开关的选择切换由所述单片机控制；
电流检测器，所述电流检测器的输入端与所述选择开关的输出端相连；
输出电极，与所述电流检测器的刺激输出端相连；
模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述电流检测器的信号输出端相连，所述模数转换器的输出端与所述单片机的第三I/O端相连。
2.根据权利要求1所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，还包括：
显示屏，与所述单片机的第四I/O端相连。
3.根据权利要求1所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，还包括：
触发开关，与所述单片机的第五I/O端相连，用于控制所述单片机对所述选择开关进行选择切换。
4.根据权利要求1所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，还包括：
玻璃微电极，其内设置有与所述输出电极相连的金属丝电极，所述玻璃微电极内还容置有需要转染的极性分子，所述玻璃电极的尖端与实验组织接触，所述实验组织接地。
5.根据权利要求4所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，所述玻璃微电极的尖端直径为0.5μm~1μm。
6.根据权利要求4所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，所述玻璃微电极安装在微操作手上。
7.根据权利要求1所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，所述模数转换器的输入端经由运算放大器与所述电流检测器的信号出端相连。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的活体单细胞电穿孔装置，其特征在于，还包括：
电源，为所述单片机、选择开关、数模转换器、模数转换器、脉冲发生模块供电。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2016088061A1 (zh) * | 2014-12-02 | 2016-06-09 | 陈剑 | 一种细胞电转仪 |
| CN106047678A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-10-26 | 江苏大学 | 一种基于阻抗谱法的细胞活性检测方法与装置 |
| CN110511869A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 细胞培养方法及能产生可变脉冲电场的细胞培养装置 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016088061A1 (zh) * | 2014-12-02 | 2016-06-09 | 陈剑 | 一种细胞电转仪 |
| CN106047678A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-10-26 | 江苏大学 | 一种基于阻抗谱法的细胞活性检测方法与装置 |
| CN106047678B (zh) * | 2016-05-20 | 2018-04-24 | 江苏大学 | 一种基于阻抗谱法的细胞活性检测方法与装置 |
| CN110511869A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-29 | 吉林大学 | 细胞培养方法及能产生可变脉冲电场的细胞培养装置 |
| CN110511869B (zh) * | 2019-08-08 | 2023-06-09 | 吉林大学 | 细胞培养方法及能产生可变脉冲电场的细胞培养装置 |
| CN114292749A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-08 | 中山大学 | 电兴奋型细胞高通量胞内外电生理与机械搏动活性同步检测装置与方法 |
| CN114292749B (zh) * | 2022-01-19 | 2023-10-24 | 中山大学 | 电兴奋型细胞高通量胞内外电生理与机械搏动活性同步检测装置与方法 |
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