CN219737357U - 一种阵列型离子通道检测微池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于离子通道药物筛选技术领域，涉及一种阵列型离子通道检测微池，包含阵列型检测微池作为离子通道检测载体，固定构件用于将阵列型检测微池固定。本实用新型提供了一种检测通量高、操作简便、多接口的阵列型离子通道检测微池。所述检测微池便于实现多通道阵列，采用斜体设计，方便进行预处理，所述检测微池能够同时匹配排枪操作或微流控操作以构建稳定的脂质双层，实现基于离子通道的药物筛选。
Description
技术领域
本实用新型属于离子通道药物筛选技术领域，涉及一种阵列型离子通道检测微池。
背景技术
离子通道是一种跨膜成孔蛋白，允许特定离子进出细胞，是生物体电活动的重要基础。目前已知与人类疾病相关的离子通道多达50多种(Q Jiang，etal.Nat.Commun.2018，9，3941)，离子通道成为重要的药物靶点家族之一，基于离子通道的药物筛选技术是全球药物研发的重要一环，能够用于研究新型离子通道发现与鉴定，筛选离子通道药物等，在药物筛选和新药研发领域具有重要的实用价值，通过探索药物分子与离子通道之间的相互作用，有望实现单分子水平的精准药物筛选。
离子通道检测的“金标准”是膜片钳技术，该技术分为全细胞记录和单通道记录，后者有助于理解离子通道的功能及其在细胞生理学中的作用，是更为常见的研究技术。为了进一步提高单通道膜片钳技术的可操作性和实用性，进一步结合脂质双层技术实现离体测量(P Kongsuphol，et al.Sensor Actuat.B-Chem.2013，185，530)，即在体外构建双层膜，将离子通道蛋白插入脂质双层中，通过在离子通道两测施加偏置电压，可以得到特定离子穿过通道时产生的电流信号。当待测药物分子与离子通道发生相互作用时，电流信号发生改变，通过分析电流信号的变化，可以实现精准药物筛选。
为了实现离子通道电流信号监测，需要构建稳定的脂质双层便于离子通道插入，常见的脂质双层的构建方法为“提拉”法，该方法需设计检测微池进行实验。传统检测微池包含两个腔室，均用于容纳导电溶液，两个腔体中间由一个微米级的垂直孔洞分隔，该孔洞用于形成脂质双层。在孔洞形成脂质双层之前，需要对其进行预处理，也就是将含有垂直孔洞的检测微池横放，滴加或涂敷上磷脂溶液，后再将该检测微池竖放进行“提拉”成膜，从而以提高孔洞对脂质分子的粘附力，进而提升脂质双层膜的稳定性，延长使用寿命。具体来说，“提拉”成膜法需要在微米孔洞预处理完成后，将含脂质的油相滴加到两侧导电溶液的顶部，待其扩散后，抽取一侧的导电溶液直至脂质接触到微米孔洞，再缓慢将导电溶液注回，从而得到脂质双层。因此，检测微池的设计在很大程度上决定了实验的成功率和体系的稳定性，其设计理念通常需要满足一定条件，也就是池体体积要尽量小，以减少待测药物分子的使用量；含有微米级孔洞的微池要便于进行预处理，以提高脂质双层的稳定性；装置要便于进行快速实验操作，如加样、换液等；要易于扩展通量，便于进行多通道实验，提高实验效率等。
目前用于离子通道的检测微池多为单通道垂直直筒式结构，如商用的Delrinbilayer cup，以及专利号是CN 201720914768.9的实用新型专利所公开的检测微流池等，此类检测池采用横向通孔设计，用于成膜的孔洞与池体垂直，在孔洞预处理时较难操作，需将池体倾斜/横放以添加预处理液到孔洞处，然后再组装池体进行实验。
此外，由于目前常见的检测微池通量较低，无法匹配外接移液系统等，难以广泛应用于实际样品检测中。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种检测通量高、操作简便、多接口的阵列型离子通道检测微池。
为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种阵列型离子通道检测微池，包含阵列型检测微池作为离子通道检测载体，固定构件用于将阵列型检测微池固定。
作为优选，本实用新型所采用的阵列型检测微池包含聚合物薄膜和池体单元，所述池体单元包含一号池体单元和二号池体单元，所述一号池体单元和二号池体单元的截面均呈倾斜设置，且角度互补，所述一号池体单元和二号池体单元均包含检测池主体和进出样模块，所述进出样模块与检测池主体连通，所述一号池体单元和二号池体单元之间通过含有微孔的聚合物薄膜隔开。
作为优选，本实用新型所采用的一号池体单元和二号池体单元是由特氟龙、聚乳酸或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料制成的结构；所述一号池体单元的截面倾斜，其截面与一号池体单元的底部成锐角；所述二号池体单元的截面倾斜，其截面与二号池体单元的底部成钝角；所述一号池体单元截面的倾斜角度和二号池体单元的倾斜角度互补，所述一号池体单元和二号池体单元通过卡槽结构对准和固定。
作为优选，本实用新型所采用的进出样模块包括微流控进样模块、微流控出样模块以及排枪模块，所述微流控进样模块的底部、微流控出样模块的底部以及排枪模块的底部分别与检测池主体连通；所述微流控进样模块以及微流控出样模块分别对应池体单元外侧2个孔径较小的通道，其尺寸匹配微流控管路，所述排枪模块对应池体单元中孔径较大的通道。
作为优选，本实用新型所采用的聚合物薄膜是由聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或光刻胶所形成的薄膜；所述聚合物薄膜厚度是10～1000微米；所述聚合物薄膜上设置有直径是10～500微米的微孔。
作为优选，本实用新型所采用的阵列型检测微池是一个或多个。
作为优选，本实用新型所采用的固定构件包括固定架和基板，所述固定架和基板通过螺丝固定。
本实用新型检测池体采用斜体设计，简化预处理操作，无需池体倾斜/横放，只需竖直滴加预处理液到孔洞处，该预处理液会在孔洞附近沿斜体缓慢流动，充分浸润孔洞，能够起到良好的预处理作用。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供了一种阵列型离子通道检测微池，包含池体单元和聚合物薄膜，池体单元包含一号池体单元和二号池体单元，一号池体单元和二号池体单元截面倾斜，角度互补，池体单元包含检测池主体和进出样模块，进出样模块底部与检测池主体连通，一号池体单元和二号池体单元之间通过含有微孔的聚合物薄膜隔开，聚合物薄膜上含微孔，用于构建磷脂双分子层，是离子通道的载体；固定构件包括卡槽和基板。通过该检测微池的斜体设计，能够更方便地进行微孔预处理，即便于直插式排枪向微米级孔洞处滴加有机溶剂，该有机溶剂可以在微孔处停留，便于后续脂质分子在微孔处构建稳定的脂质双层；能实现多种实验操作方式，采用多接口设计，可以外接排枪或微流控系统，能够同时匹配人工和自动化操作；提高实验通量，该检测池体外形轻便小巧，操作简便，易于扩展，便于实现多通道阵列化。
附图说明
图1是本实用新型所提供的阵列型离子通道检测微池的俯视结构示意图；
图2是本实用新型所采用的单个检测微池的侧视结构示意图；
图3是本实用新型所采用的一号池体单元的俯视图；
图4是本实用新型所采用的一号池体单元及聚合物薄膜的侧视结构示意图。
图中：
1-检测微池；2-固定构件；3-聚合物薄膜；4-一号池体单元；5-二号池体单元；6-卡槽；7-微孔；8-检测池主体；9-微流控进样模块；10-微流控出样模块；11-排枪模块；12-固定架；13-基板；14-螺丝。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型所提供的技术方案进行详细说明，但是应当指出，本实用新型的实施不限于以下的实施方式。
如图1至图4所示：本实用新型提供了一种阵列型离子通道检测微池，具有阵列型检测微池1作为离子通道检测载体，具有固定构件2用于将阵列型检测池固定。
在体外构建脂质双层，需要设计一种检测微池，检测微池包含池体单元和聚合物薄膜3，池体单元包含一号池体单元4和二号池体单元5，两个池体单元分别容纳导电缓冲溶液，聚合物薄膜3用于承载脂质双层。根据实际需求，一号池体单元4和二号池体单元5的体积可以相同，也可以不同，池体体积可以为100μL～1000μL，本实施例中两个池体体积均为200μL。
所示池体单元采用斜体设计，便于使用排枪等工具在薄膜微孔附近进行实验操作。具体地，斜体设计便于进行预处理以提高脂质双层的稳定性，使用排枪枪头取1μL 1％的正十六烷-正己烷有机溶剂，将该有机溶剂滴在薄膜微孔上，此过程不能直接接触微孔以防止枪头尖端损伤微孔结构，如枪头尖端可以垂直位于微孔上方，距离微孔～5mm，滴加有机溶剂后，由于池体倾斜，该有机溶剂会在微孔附近沿斜体缓慢流动，得到分散，起到良好的预处理作用；预处理完成后分别向两个池体单元加入缓冲溶液，后使用排枪滴加1～2μL的磷脂溶液到缓冲溶液的液面上，待其自由铺展后再进行提拉成膜。
一号池体单元4的截面倾斜，与池体底部成锐角，如70°。二号池体单元5的截面倾斜，与池体底部成钝角，如110°，一号池体单元4和二号池体单元5角度互补，通过卡槽6结构实现对准和固定。卡槽6位于一号池体单元和二号池体单元的斜面，如一号池体单元4卡槽凸出，二号池体单元5卡槽凹陷，二者可以形成互补的内嵌结构，将一号池体单元4和二号池体单元5平行对准后，卡槽能够保证两个池体单元完全对准，并阻止其相互滑动。
聚合物薄膜3用于将一号池体单元4和二号池体单元5隔开。聚合物薄膜3上含直径10～500μm的微孔7，厚度按照要求控制为10～1000μm。在本实施例中，聚合物薄膜3为PTFE薄膜，其厚25μm，采用电火花打孔得到直径50μm的微孔，PTFE薄膜疏水性良好，能够很好地保留有机溶剂和磷脂，形成稳定的脂质双层，便于离子通道蛋白插入磷脂双分子层进行实验。
池体单元包含检测池主体8和三个进出样模块，进出样模块底部与检测池主体连通，可同时实现两种方式的液体输送。检测池主体用于容纳导电的缓冲溶液，如NaCl，KCl，MgCl2等适合离子通道存在的溶液。
三个进出样模块，包括微流控进出样模块和排枪模块，用于形成脂质双层或进行换液操作。
微流控进出样模块，包括微流控进样模块9和微流控出样模块10用于连接微流体管路，对应池体单元外侧2个孔径较小的通道，其孔径与微流控管路匹配，如直径2mm，插入微流控导管到检测池底部。微流控进样模块可通过微流控仪器实现多路选通，按需自动输入缓冲液，通道蛋白及待测药物等。微流控出样模块可以将检测液移除，实现换液。具体地，微孔预处理后，两个池体单元的微流控进样模块分别泵入200μL的1M Tris-KCl缓冲溶液，利用排枪吸取1μL的30mg/mL DPhPC磷脂/正癸烷溶液，将其滴加在两个池体的液面上方，利用一侧池体单元的微流控出样模块泵出缓冲液，如二号池体单元5的微流控出样模块，直至液面低于微孔，再利用该侧池体单元微流控进样模块缓慢泵入缓冲溶液到原本液面直至液面恢复原高度，此时使用电压测试膜厚，如膜厚合适采用微流控进样模块向池体内加入通道蛋白及待测药物，如膜较厚或较薄可以重复进行泵出、泵入的“提拉”成膜操作，直至膜厚合适。
微流控进出样模块能够很方便地实现高通量成膜和换液，通过将多个检测微池的微流控管路连接到统一个微流控泵，能够同时对多个通道进行操作，如36通道等。
排枪模块11对应池体单元中孔径较大的通道，其直径与所用排枪枪头匹配，如6mm，用于排枪操作，即使用阵列化移液枪进行实验操作，如微孔预处理，添加缓冲液、磷脂溶液、通道蛋白及待测药物，进行换液等操作。在另一种实施例中，无需使用微流控进出样模块进行操作，只需使用排枪模块实现较低通量的成膜换液操作，如4通道，8通道等。具体地，使用排枪枪头取1μL 1％的正十六烷-正己烷有机溶剂，将该有机溶剂滴在薄膜微孔上进行预处理；通过排枪模块向检测池主体内注入200μL的1M Tris-KCl缓冲溶液；用排枪吸取1μL的30mg/mL DPhPC磷脂/正癸烷溶液，将其滴加在两个池体的液面上方，利用一侧池体单元的排枪移除部分缓冲液，如二号池体单元5的排枪模块，直至液面低于微孔，再缓慢注回该缓冲液，此时使用电压测试膜厚，如膜厚合适则加入通道蛋白及待测药物，如膜较厚或较薄可以重复进行“提拉”成膜操作，直至膜厚合适。
排枪模块还可容纳电极构成电流回路，如Ag/AgCl电极，连接外部电路，如放大器探头，用于施加电压并进行电流信号检测，以测试膜厚并进行药物筛选实验。
阵列型离子通道检测微池可以是一个或多个检测微池的组合形式，如附图所示1*4阵列。其宽度与排枪间距匹配，如9mm。通过检测微池的多种组合，提高实验通量，如从单通道扩展至4通道、16通道、32通道等。
固定构件用于将一个或多个组合形式的检测微池固定，包括固定架12和基板13，二者通过螺丝14固定。
Claims (6)
1.一种阵列型离子通道检测微池，其特征在于，包含阵列型检测微池（1）作为离子通道检测载体，固定构件（2）用于将阵列型检测微池（1）固定，所述阵列型检测微池（1）包含聚合物薄膜（3）和池体单元，所述池体单元包含一号池体单元（4）和二号池体单元（5），所述一号池体单元（4）和二号池体单元（5）的截面均呈倾斜设置，且角度互补，所述一号池体单元（4）和二号池体单元（5）均包含检测池主体（8）和进出样模块，所述进出样模块与检测池主体（8）连通，所述一号池体单元（4）和二号池体单元（5）之间通过含有微孔的聚合物薄膜（3）隔开。
2.根据权利要求1所述的阵列型离子通道检测微池，其特征在于，所述一号池体单元（4）和二号池体单元（5）是由特氟龙、聚乳酸或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料制成的结构；所述一号池体单元（4）的截面倾斜，其截面与一号池体单元（4）的底部成锐角；所述二号池体单元（5）的截面倾斜，其截面与二号池体单元（5）的底部成钝角；所述一号池体单元（4）截面的倾斜角度和二号池体单元（5）的倾斜角度互补，所述一号池体单元（4）和二号池体单元（5）通过卡槽结构（6）对准和固定。
3.根据权利要求1所述的阵列型离子通道检测微池，其特征在于，所述进出样模块包括微流控进样模块（9）、微流控出样模块（10）以及排枪模块（11），所述微流控进样模块（9）的底部、微流控出样模块（10）的底部以及排枪模块（11）的底部分别与检测池主体（8）连通；所述微流控进样模块（9）以及微流控出样模块（10）分别对应池体单元外侧2个孔径较小的通道，其尺寸匹配微流控管路，所述排枪模块（11）对应池体单元中孔径较大的通道。
4.根据权利要求1所述的阵列型离子通道检测微池，其特征在于，所述聚合物薄膜（3）是由聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或光刻胶所形成的薄膜；所述聚合物薄膜（3）厚度是10~1000微米；所述聚合物薄膜（3）上设置有直径是10~500微米的微孔（7）。
5.根据权利要求1所述的阵列型离子通道检测微池，其特征在于，所述阵列型检测微池（1）是一个或多个。
6.根据权利要求1所述的阵列型离子通道检测微池，其特征在于，所述固定构件（2）包括固定架（12）和基板（13），所述固定架（12）和基板（13）通过螺丝（14）固定。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |