JP2005283553A - Patch clump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主として生物の生体内情報伝達メカニズムを評価するパッチクランプ装置に関する。 The present invention mainly relates to a patch clamp apparatus for evaluating an in vivo information transmission mechanism of a living organism.
従来の技術としては、加熱槽内で昇温した溶液をプラスチック管又はガラス管を経由して単一生体細胞に供給していた。通常これら配管長さは最低でも50cm程度必要であった。又、直径約1ミリ以上のサーミスタ温度計を細胞を入れた容器内に差し込んでいた。 As a conventional technique, a solution heated in a heating tank is supplied to a single living cell via a plastic tube or a glass tube. Usually, these pipe lengths are required to be at least about 50 cm. Further, a thermistor thermometer having a diameter of about 1 mm or more was inserted into a container containing cells.
上記した従来の装置では、溶液の供給速度を高めると生体細胞が流される可能性があり一般に低速度で供給しているが、配管途中での自然放熱により単一生体細胞を高温にすることが極めて困難であり又昇温に時間がかかり例えば10℃/分程度の昇温速度しか得られなかった。又、使用温度計はサーミスタを使用することが一般的であり、このサーミスタ先端部の感温部がおおよそ直径1ミリ位はあり溶液の比較的長時間における平均温度は計測できるが、単一生体細胞の刻々に変わる温度を正確に計測できなかった。すなわち、サーミスタ感温部の熱容量が大きいことから温度計測応答速度が遅く、数十ミリ秒内のごく瞬間的な温度変化を計測することができないという欠点があった。 In the above-described conventional apparatus, when the solution supply rate is increased, biological cells may be flowed, and the cells are generally supplied at a low speed. However, it is possible to increase the temperature of a single biological cell by natural heat dissipation in the middle of the piping. It was extremely difficult, and it took time to raise the temperature. For example, only a heating rate of about 10 ° C./min was obtained. In addition, a thermistor is generally used as the thermometer, and the temperature sensitive part at the tip of the thermistor is approximately 1 mm in diameter, and the average temperature of the solution over a relatively long time can be measured. The temperature which changes every moment of the cell could not be measured accurately. That is, since the heat capacity of the thermistor temperature sensing part is large, the temperature measurement response speed is slow, and there is a drawback that a very instantaneous temperature change within several tens of milliseconds cannot be measured.
この発明は上記の問題点を解決すべく提案されたもので、まず第一の問題点である急速な温度上昇を実現するため、熱伝導率の優れた銅管を2本ならべて固定し、2本の銅管の根元の部分に各々銅板を接合し、この銅板に各々微小ペルチェ素子を搭載し、さらにこの微小ペルチェ素子に各々放熱板または放熱板のついたヒートパイプを取り付ける。更に銅管部を断熱材で被覆する。定電流電源によりペルチェ素子の温度をコントロールすることにより、銅板を介し銅管内の溶液温度を制御しようとするものである。更に第二の問題点である温度測定応答速度の向上のため直径13μm以下の微細なクロメルアルメル熱電対線を使用し、先端感温部を線径に比較し大きな玉コロ状とすることなく単に熱電対線の先端同士を一部溶接したごく熱容量の小さい感温部を単一生体細胞のごく近傍に固定する。 The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems. First, in order to realize a rapid temperature rise, which is the first problem, two copper tubes having excellent thermal conductivity are arranged and fixed, A copper plate is joined to each of the base portions of the two copper pipes, a micro Peltier element is mounted on each copper plate, and a heat pipe or a heat pipe with a heat sink is attached to the micro Peltier element. Further, the copper pipe part is covered with a heat insulating material. By controlling the temperature of the Peltier element with a constant current power source, the solution temperature in the copper tube is controlled through the copper plate. Furthermore, in order to improve the temperature measurement response speed, which is a second problem, a fine chromel alumel thermocouple wire with a diameter of 13 μm or less is used, and the tip temperature sensing portion is simply compared with the wire diameter without making a large ball roller shape. A thermosensitive part having a very small heat capacity, in which the tips of thermocouple wires are partially welded, is fixed in the vicinity of a single living cell.
本考案のパッチクランプ装置では以上の通り、生体細胞へ供給する溶液の加熱方式により単一生体細胞温度変化が50℃/ミリ秒となり、直径13μm以下の微小熱電対線により温度測定応答速度が最終到達温度の2/3達成時間として70ミリ秒となった。 As described above, the patch clamp apparatus of the present invention changes the temperature of a single living cell to 50 ° C./millisecond by the heating method of the solution supplied to the living cell, and the final temperature measurement response speed is achieved by a micro thermocouple wire having a diameter of 13 μm or less. The time for achieving 2/3 of the temperature reached 70 milliseconds.
別紙1図は本考案の実施例を図示したものである。電流計プローブ1の先端に固定された単一生体細胞2がチャンバー3内のチャンバーバス18内の溶液中に吊り下げられた状態で設置され、加熱槽4内の溶液槽5及び溶液槽6から各々溶液がチューブ8を経由して各々銅管9、9′に入り温度コントロールされ銅管9、9′に接続された内径200μmのガラス管22,22′から単一生体細胞2へ供給される。各々銅管9、9′には銅板10を介しペルチェ素子11が搭載され、さらにペルチェ素子11の裏面にはマイクロヒートパイプ12が設置されており、マイクロヒートパイプ12には放熱板12′が取り付けられている。各々銅管9、9′は断熱材21で包まれ保温されている。単一生体細胞2近傍の溶液温度を変えるには2ケのペルチェ素子11に極性も含め異なる電流を直流電源13から通電し、銅管9、9′から吐出される2種類の溶液温度を変える。ピエゾ素子使用往復作動装置14および往復作動クランプ15により2連銅管9、9′が瞬間的に移動することにより、たとえば低温銅管9から吐出された低温溶液で包まれた単一生体細胞2が一瞬のうちに高温銅管9′から吐出された高温溶液で包まれ急昇温される。更に逆の操作により、瞬時に単一生体細胞2を元の低温状態に戻すこともできる。又、単一生体細胞2の温度を測定するには、直径13μm以下の微細なクロメルアルメル熱電対線16を使用し、先端感温部17を線径に比較し大きな玉コロ状とすることなく単に線の先端同士を一部溶接したごく熱容量の小さい先端感温部17を単一生体細胞2のごく近傍に固定する。なお、チャンバーバス用溶液槽7から溶液がチューブ8を通りチャンバーバス温度コントローラー19を経由してチャンバーバス18に注がれチャンバーバス18の温度を制御している。なお、図2は電流計1と内径約200μmのガラス管22,22′の先端部と直径13μmの微細なクロメルアルメル熱電対線16の先端感温部17を使用した写真である。また図3は図2の拡大写真であり、直径約7μmの単一生体細胞17と電流計1の先端部および、直径13μmの微細なクロメルアルメル熱電対線16の先端感温部17を示している。顕微鏡20は単一生体細胞の観察に使用される。 The attached sheet 1 shows an embodiment of the present invention. A single
上記の考案により、単一生体細胞2の温度を瞬間的に即ち数ミリ秒以内に50℃変化させることができる。従来50℃における単一生体細胞2の挙動は単一生体細胞2が高温で死滅するため評価することはできなかった。しかし、一般に単一生体細胞2は50℃の高温でも瞬間的であれば死滅することは無く、本考案により高温での単一生体細胞2の挙動を把握できることが可能となった。単一生体細胞2の温度を計測するために、13μmの微細熱電対感温部17を使用し、単一生体細胞2から数μmの位置に設置することにより、単一生体細胞2の直径は10μm〜20μmであるので、十分に単一生体細胞2近傍の温度を測定できる。ピエゾ素子使用往復作動装置14、往復作動クランプ15及びペルチェ素子11による加熱冷却により高温への温度ジャンプだけではなく、低温へのジャンプも瞬間的に数ミリ秒以内で、何度でも繰り返し自由なタイミングで行えた。50℃の高温でも直ちに元の温度に戻してやることによって単一生体細胞2に対するダメージはほとんどなく、続けて実験可能となった。なお、パッチクランプ法の場合、ピコアンペア(pA:10−12A)という微小な電流を測定するのでノイズを完全に排除することが不可欠である。ペルチェ素子11は直流電源13で駆動することができるので50Hz、60Hzの商用波を除外することができる。発熱体または冷却体としてペルチェ素子11を使用したこれ以外の利点は、電流の向きによって発熱体と冷却体を兼ねることができる。又、コンパクトで軽いため、ピエゾ素子使用往復作動装置14および往復作動クランプ15への負荷を軽減できる。With the above-described device, the temperature of the single
1 電流計プローブ
2 単一生体細胞
3 チャンバー
4 加熱槽
5 低温用溶液槽
6 高温用溶液槽
7 チャンバーバス用溶液槽
8 チューブ
9 銅管
9′銅管
10 銅板
11 ペルチェ素子
12 マイクロヒートパイプ
12′放熱板
13 直流電源
14 ピエゾ素子使用往復作動装置
15 往復作動クランプ
16 クロメルアルメル熱電対線
17 先端感温部
18 チャンバーバス
19 チャンバーバス温度コントローラー
20 顕微鏡
21 断熱材
22 内径200μmのガラス管
22′内径200μmのガラス管DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004129010A JP2005283553A (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Patch clump device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004129010A JP2005283553A (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Patch clump device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005283553A true JP2005283553A (en) | 2005-10-13 |
Family
ID=35182075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004129010A Pending JP2005283553A (en) | 2004-03-30 | 2004-03-30 | Patch clump device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005283553A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109029759A (en) * | 2018-06-06 | 2018-12-18 | 东南大学 | A kind of high-precision unicellular temp measuring system in real time |
CN111089971A (en) * | 2019-12-11 | 2020-05-01 | 浙江大学 | Protein interaction quantitative detection device under membrane potential regulation and control |
-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004129010A patent/JP2005283553A/en active Pending
Cited By (3)
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CN109029759A (en) * | 2018-06-06 | 2018-12-18 | 东南大学 | A kind of high-precision unicellular temp measuring system in real time |
CN111089971A (en) * | 2019-12-11 | 2020-05-01 | 浙江大学 | Protein interaction quantitative detection device under membrane potential regulation and control |
CN111089971B (en) * | 2019-12-11 | 2021-01-15 | 浙江大学 | Protein interaction quantitative detection device under membrane potential regulation and control |
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