JP5393657B2 - パッチクランプシステムにおける使用のためのサブシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願の参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／９２７，８１０号（２００７年５月４日出願）、米国仮特許出願第６０／９６９，２７５号（２００７年８月３１日出願）、米国仮特許出願第６０／９６９，３７８号（２００７年８月３１日出願）、および米国仮特許出願第６１／０２５，６５０号（２００８年２月１日出願）に対する優先権および利益を主張し、これら米国仮特許出願を本明細書において参考として援用する。

（技術分野）
本発明は、種々の実施形態において、パッチクランプシステムにおける使用のためのサブシステムおよび方法に関する。

細胞および細胞膜の電気的挙動は、しばしば、基礎研究ならびに最新の薬剤開発における関心事である。例えば、電気生理学実験では、特定の膜成分間の相互作用を理解するために、電気測定が、典型的には、生体細胞および細胞膜の上で行われる。そのような測定は、生体細胞、膜、および／または小胞、ならびに人工膜上で行われ得る。

「パッチクランプ法」は、そのような測定を行うためにしばしば使用される、有用な技術の１つである。図１は、典型的に自動パッチクランプシステムにおいて使用される、例示的な平面パッチクランプ２を示す。図示されるように、平面パッチクランプ２は、第１のチャンバ４と、第２のチャンバ８と、第１および第２のチャンバ４、８を流体的に接続する孔１２とを含む。生体細胞１６は、第１のチャンバ４内に沈殿させられ、例えば、第１と第２のチャンバ４、８との間に加えられる差圧の使用を通じて、孔１２に引き寄せられ得る。次いで、第１のチャンバ４の裏面２４と生体細胞膜２８との間に、高電気抵抗（例えば、数百ＭΩから１ＧΩを超える範囲の）のシール２０が形成され得る。シール２０のそのような高電気抵抗レベルによって、第１および第２のチャンバ４、８を分離する細胞膜２８の部分４８（すなわち、孔１２と接触する細胞膜２８の部分４８）を透過性にすることによって、後述のように、細胞膜２８にかかる電圧を制御することによって、典型的な生理学的細胞１６電流を絶縁し測定することが可能である。

典型的には、第１のチャンバ４は、細胞外イオン溶液３２によって充填される。第２のチャンバ８は、適切な濃度の抗生物質を含有し得る、生理食塩緩衝液３４によって充填され得る。図示されるように、測定回路は、典型的には、細胞外イオン溶液３２と接触する感知電極３６と、接地に接続され、かつ生理食塩緩衝液３４と接触する浴電極４０と、感知電極３６に接続される演算増幅器４４との使用を通じて実装される。

高抵抗シール２０が、第１のチャンバ４の裏面２４と生体細胞膜２８との間に達成されると、第１と第２のチャンバ４、８とを分離する細胞膜２８の部分４８（すなわち、孔１２と接触する細胞膜２８の部分４８）は、浴電極４０を事実上細胞１６内に設置するように透過性化され得る（例えば、陰圧を介して、または抗生物質の使用を介して、電気的に）。これは、次いで、感知電極３６と浴電極４０との間に置かれる外部電圧コマンド５２を可能にし、それによって、細胞膜透過電位差の制御を提供する（すなわち、細胞膜２８の電圧クランプを達成し得る）。次いで、測定回路内を流れる電流（すなわち、細胞膜２８を通して流れる電流）が、演算増幅器４４によって感知され得る。その電流はまた、引き続いて、コンピュータ制御データ取得および記録システム５６によって記録および分析され得る。

しかしながら、自動パッチクランプシステムにおいて、平面パッチクランプ２を使用することは、典型的には、多くの浮遊容量の原因を生じさせる。さらに、平面パッチクランプシステム２は、典型的には、極めて低い細胞１６電流（すなわち、ピコアンペアからナノアンペアの範囲の）を測定するために使用されるために、極めて高い増幅率抵抗器５８（例えば、１０ＭΩから１０ＧΩの）が、しばしば、演算増幅器４４と組み合わせて使用される。したがって、演算増幅器４４の前の、平面パッチクランプ２内で生じる極めて小さい静電容量（すなわち、ピコファラッドの範囲の）でさえも、極めて大きな電流スパイクをもたらす。

２つの静電容量の原因が、平面パッチクランプシステム２にとって特に厄介である。第１に、演算増幅器４４を、しばしば、第１および第２のチャンバ４、８から離して配置することが望まれる（例えば、多数のチャネルを有するより大きなシステムに拡大するとき）。しかしながら、そうすることは、感知電極３６を増幅器４４に接続するためにより長いケーブルを必要とする。しかし、ケーブル長を延長することはまた、システム２内に存在する浮遊容量を増加させる。第２に、細胞膜２８は、システム２内に静電容量スパイクを導入する。図１に図示されるような単一細胞１６ではなく、複数細胞１６が探査されるときには、しかしながら、システム２内に導入される静電容量スパイクは、はるかに大きい（例えば、最大で２桁も大きい）。典型的には、複数細胞１６から生じる静電容量スパイクの集約波形の形状は、単純減衰曲線によってマッチングおよびオフセットされ得ず、それ故に、従来の方法を使用してそのような静電容量スパイクを効果的に補正することを困難にする。ケーブルおよび細胞膜（単数または複数）１６に加えて、平面パッチクランプシステム２内の他の静電容量スパイクの原因は、例えば、電子構成要素（例えば、演算増幅器４４の電子機器）、プリント回路基板、コネクタ（例えば、継電器またはスイッチ）、感知電極３６、および細胞ホルダ（または、チップ）（すなわち、第１のチャンバ４内の細胞外溶液３２）を含む。

いくつかのパッチクランプシステムは、その中に導入される浮遊容量を補正することを試みる。例えば、一部のシステムは、アナログ補正を採用する。これらのシステムでは、パッチクランプシステムに内在する静電容量スパイクとほぼ同じ強度、持続時間、および時定数を有するが、しかし逆極性を有するスパイクが生成され、演算増幅器４４の入力に追加され、内在静電容量スパイクを相殺する。本アナログ補正の２つの利点は、増幅器４４の出力が、内在静電容量スパイクから飽和しないことと、補正がアナログで行われるために、増幅器チャネルの数の増加が、コンピュータ制御データ取得および記録システム５６にかかる計算負荷を増加させないことである。

他のシステムは、デジタル補正を採用する。これらのシステムでは、基準波形が記録され、デジタル化され、格納される。次いで、電気生理学実験の際に、演算増幅器４４から出力される波形のアナログ／デジタル変換に続いて、格納された基準波形が、コンピュータ制御データ取得および記録システム５６によってスケーリングおよび減算される。デジタル補正は、アナログ構成要素がより少なくてすむという利点を有するが、デジタル補正は、典型的には、広範囲の刺激電圧にわたりアナログ補正よりも低い精度を有する。加えて、より多くの負荷がコンピュータ制御データ取得および記録システム５６にかかるために、デジタル補正が採用されるときには、増幅器チャネルの数の増加に伴って、システム性能が影響を受ける。さらに、デジタル補正に関しては、内在静電容量スパイクが増幅器４４の出力を飽和させる可能性が残る。

しかしながら、アナログまたはデジタル補正のいずれが採用されるかにかかわらず、公知のパッチクランプシステムは、静電容量補正の精度を確実かつ効果的に検証せず、かつ、単一細胞または複数細胞構成（システム内の静電容量スパイクは、２つの構成の間で大幅に変動する）のいずれにおいても採用されるように柔軟に設計されていない。

加えて、生体標本内のイオン電流を測定するパッチクランプシステム２は、しばしば、直列抵抗（「Ｒｓ」）によって、例えば、感知電極３６のような測定デバイスの中の直列抵抗によって損なわれる。Ｒｓ補正回路が、このような望ましくない直列抵抗の存在下で所望のクランプ電圧を維持するために、開発されてきた。

そのような例示的なＲｓ補正回路の１つ６０が、図２Ａおよび図２Ｂに示される。被検体、例えば、膜静電容量Ｃｍ、膜電圧Ｖｍ、膜電流Ｉｍ、および膜抵抗Ｒｍを有する生体細胞１６は、直列抵抗Ｒｓ、電極電圧Ｖｐ、および電極電流Ｉｐを有する感知電極３６によって探査される。電圧クランプ増幅器４４、差動増幅器７５、および電流−電圧ゲイン抵抗器５８を含み得る、測定回路網７０が、電極電流Ｉｐを測定し、測定された電極電流Ｉｐｍｅａｓを生成する。次いで、スケーラ８０が、測定された電極電流Ｉｐｍｅａｓに乗じて、Ｒｓ補正信号Ｖｃｏｍｐを生成し、次いで、それは、電圧合算器９０によってコマンド電圧Ｖｃに加えられ、クランプ電圧Ｖｃ’を生成する。当業者に理解されるように、正のフィードバックとして、測定された電極電流Ｉｐｍｅａｓのスケーリングされた値を適用することによって、感知電極３６の直列抵抗Ｒｓの実効値が低減され（すなわち、望ましくない直列抵抗Ｒｓが補正される）、その結果として、膜電流Ｉｍが実質的に増加するときにも、膜電圧Ｖｍがコマンド電圧Ｖｃをほぼ追跡する。

しかしながら、図２Ａおよび図２Ｂに示されるＲｓ補正回路６０の重大な欠点は、正のフィードバックループが本質的に不安定であって、望ましくない直列抵抗Ｒｓの完全な（すなわち、１００％）補正を行おうとすると、不減衰振動を発生することである。現実的に、不減衰振動は、望ましくない直列抵抗Ｒｓの約７０％〜８０％の補正に達すると、早くも生じ始める。故に、図２Ａおよび図２Ｂに示されるＲｓ補正回路６０を使用して、望ましくない直列抵抗Ｒｓの約７０％〜８０％のみの補正が、実際には達成可能である。

本発明は、種々の実施形態において、従来技術の上述の欠点を解決する。例えば、一実施形態では、パッチクランプシステムは、パッチクランプシステム内に存在する浮遊容量をモデル化するモデル回路網を採用し、そのモデル回路網を使用して、静電容量補正の精度を検証する。加えて、種々の実施形態において、パッチクランプシステムは、単一細胞または複数細胞のいずれの膜電流をも正確に測定するように、柔軟に設計される。換言すると、パッチクランプシステムは、単一細胞構成から発生する静電容量スパイクと、複数細胞構成から発生する異なる静電容量スパイクの両方を効果的かつ確実に補正するように設計される。かくして、同一パッチクランプシステムが、いずれの構成においても使用され得る。

加えて、別の実施形態では、本明細書に記載されるパッチクランプシステムは、測定電極内の望ましくない直列抵抗Ｒｓの実質的に完全な（すなわち、１００％）補正を提供することができる、Ｒｓ補正回路を採用する。任意で、本明細書に記載されるように、漏れ電流補正が、Ｒｓ補正に干渉することなく、このようなＲｓ補正を補完し得る。

加えて、本発明のさらに他の実施形態は、細胞の電流のような細胞の特徴を測定し、かつ電気生理学実験において細胞を保持するために使用されるデバイスの、静電容量を判定および補正するための、改良システムおよび方法を提供する。

一般に、一局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するためのサブシステムを特色とする。サブシステムは、パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するように構成されるモデル回路網と、非理想性を補正するための補正回路網とを含み得る。補正回路網は、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、モデル回路網によって導入される非理想性を補正し、かつ、少なくとも１つの第２の較正値によって較正され、パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正するように、構成され得る。加えて、サブシステムはまた、細胞の特徴の測定に続いて、少なくとも１つの第１の較正値によって再較正された補正回路がモデル回路網によって導入される非理想性を補正することを、検証するように構成される検証モジュールを含み得る。一実施形態では、本サブシステムは、テストヘッド、主増幅器、およびその間の長ケーブルを含むパッチクランプシステムと併用されるように適合される。そのような場合には、モデル回路網、補正回路網、および測定回路網はすべて、主増幅器内に配置され得る。超低静電容量スイッチがまた、主増幅器内で使用され得る。

一般に、別の局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するための方法を特色とする。本方法によると、補正回路は、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するモデル回路網によって導入される非理想性を補正し得る。次いで、少なくとも１つの細胞の特徴が測定され得、その一方で、少なくとも１つの第２の較正値によって再較正された補正回路を採用して、パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正する。細胞の特徴の測定に続いて、少なくとも１つの第１の較正値によってさらに再較正された補正回路が、なおもモデル回路網によって導入される非理想性を補正することが検証される。

種々の実施形態において、モデル回路網は、第１の較正値（単数または複数）による補正回路網の較正に先立って有効化され、細胞（単数または複数）の特徴の測定に先立って無効化され、特徴の測定に続いて再有効化される。細胞（単数または複数）によって示された電流が、測定される特徴であり得る。

一実施形態では、補正回路網は、第１の較正値（単数または複数）によって較正され、モデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する。例えば、補正回路網は、第１の較正値（単数または複数）によって較正され、長ケーブルのモデル回路網、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網、および／または複数細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正し得る。別の実施形態では、補正回路網は、細胞（単数または複数）の特徴の測定に先立って、第２の較正値（単数または複数）によって再較正され、パッチクランプシステムによって導入される浮遊容量を補正する。例えば、補正回路網は、第２の較正値（単数または複数）によって再較正され、パッチクランプシステム内の長ケーブル、パッチクランプシステム内の単一細胞と直列の長ケーブル、および／またはパッチクランプシステム内の複数細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正し得る。さらに別の実施形態では、補正回路網は、細胞（単数または複数）の特徴の測定に先立って、第２の較正値（単数または複数）によって再較正され、パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正する。第１および第２の較正値が、パッチクランプシステムによって導入される非理想性の補正を検証するために比較され得る。加えて、測定回路網は増幅器を含み得、増幅器のゲインは、補正回路網が第２の較正値（単数または複数）によって再較正された後に増加される。

一実施形態では、パッチクランプシステム内の構成要素（例えば、長ケーブル、単一細胞と直列の長ケーブル、および／または複数細胞と直列の長ケーブル）によって導入される浮遊容量が測定される。次いで、検証モジュールが、測定された浮遊容量をモデル回路網によってモデル化された静電容量値と比較し、パッチクランプシステムによって導入された非理想性に対する補正を検証し得る。一実施形態では、測定された浮遊容量値が、モデル回路網によってモデル化された静電容量から所定量を超えて異なる場合には、測定回路網は、細胞（単数または複数）の特徴の測定を中止する。

一般に、さらに別の局面では、本発明の実施形態は、細胞の特徴を判定するためのサブシステムを特色とする。サブシステムは、細胞の自然静止電位を測定するように構成される感知回路網と、測定された自然静止電位を格納するように構成されるメモリと、クランプ回路網とを含み得る。クランプ回路網は、ｉ）測定された自然静止電位と実質的に等しい第１の電圧と、ｉｉ）測定された自然静止電位とステップ電圧との合計と実質的に等しい第２の電圧と、を交互に細胞に印加するように構成され得る。クランプ回路網はまた、細胞の特徴を測定するように構成され得る。一実施形態では、感知回路網およびクランプ回路網はそれぞれ、共通の単一プローブに連結される。

一般に、さらに別の局面では、本発明の実施形態は、細胞の特徴を判定するための方法を特色とする。本方法によると、細胞の自然静止電位が測定され得、測定された自然静止電位はメモリ内に格納され得、第１および第２の電圧が細胞に交互に印加され得、細胞の特徴が測定され得る。第１の印加電圧は、測定された自然静止電位と略等しくされ得、その一方で、第２の印加電圧は、測定された自然静止電位とステップ電圧との合計と略等しくされ得る。

種々の実施形態において、異なるステップ電圧が、第２の電圧の印加の際に印加される。加えて、細胞の特徴は、第２の電圧の印加のあいだに測定され得る。測定された特徴は、細胞電流であり得る。単一プローブが、細胞の自然静止電位および細胞の特徴の両方を測定するために採用され得る。

一般に、さらなる局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において、細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を判定するためのサブシステムを特色とする。サブシステムは、デバイスに刺激を加えるように構成される力増幅器と、刺激に対する応答を測定するように構成される別個のセンス増幅器と、刺激に対する応答を分析することによって、デバイスの静電容量を判定するように構成される判定モジュールとを含み得る。

一般に、別の局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において、細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を判定するための方法を特色とする。本方法によると、刺激が、力増幅器を通じてデバイスに加えられ得、刺激に対する応答が、別個のセンス増幅器によって測定され得、デバイスの静電容量が、刺激に対する応答を分析することによって判定され得る。

種々の実施形態において、デバイスの静電容量を判定することは、刺激に対する応答のＲＣ時定数を計算することを含む。補正回路網が、デバイスの静電容量を補正するために採用され得る。

一般に、さらに別の局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を判定するためのパッチクランプシステムを特色とする。パッチクランプシステムは、細胞に刺激を加えるためのデバイスと、細胞の特徴を測定するための測定回路網と、第１、第２、および第３の補正回路網とを含み得る。第１の補正回路網は、測定回路網に第１の補正信号を印加し、パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正するためのものであり得、その一方で、第２の補正回路網は、測定回路網に第２の補正信号を印加し、細胞に刺激を加えるデバイスによって導入される直列抵抗を補正するためのものであり得る。一方、第３の補正回路網は、測定された細胞の特徴から第１の補正信号のそれに及ぼす影響を除去する第３の補正信号を、第２の補正回路網に印加するためのものであり得る。一実施形態では、第２の補正信号は、測定された細胞の特徴および第３の補正信号と関連する。

一般に、さらに別の局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を判定するための方法を特色とする。本方法によると、刺激が、パッチクランプシステム内のデバイスを通じて細胞に加えられ得、かつ細胞の特徴が、測定回路網によって測定され得、その一方で、ｉ）パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正するための第１の補正信号と、ｉｉ）デバイスによって導入される直列抵抗を補正するための第２の補正信号とを、測定回路網に印加し得る。第２の補正信号は、測定された細胞の特徴と、測定された細胞の特徴から第１の補正信号のそれに及ぼす影響を除去する第３の補正信号とに、関連し得る。

種々の実施形態において、細胞に刺激を加えるデバイスは、電極である。測定された細胞の特徴は、その電流であり得る。

一般に、さらなる局面では、本発明の実施形態は、電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を測定する際に使用されるデバイスの、直列抵抗を補正するためのシステムを特色とする。システムは、ｉ）デバイスを通じて細胞に刺激を加え、ｉｉ）細胞の特徴を測定する、ように構成されるクランプ回路網を含み得る。加えて、システムは、クランプ回路網の入力に連結される出力を有する、演算増幅器を含み得る。演算増幅器の反転端子への入力は、測定された細胞の特徴に比例する信号を引いた、演算増幅器の出力と略等しくあり得る。

種々の実施形態において、細胞の特徴を測定する際に使用されるデバイスは、電極である。さらに、測定された細胞の特徴は、その電流であり得る。

一般に、別の局面では、本発明の実施形態は、パッチクランプシステム内に存在する静電容量波形を補正するためのサブシステムを特色とする。サブシステムは、複数回のそれぞれで、静電容量波形の大きさを測定するための測定回路網と、複数の補正回路とを含み得る。各補正回路は、一意の時定数を有し、静電容量波形を補正するためのゲイン調整された補正波形を出力するように構成され得る。

一般に、さらに別の局面では、本発明の実施形態は、パッチクランプシステム内に存在する静電容量波形を補正する方法を特色とする。本方法によると、静電容量波形の大きさが、複数回のそれぞれで測定され、ゲイン調整された補正波形が、複数の補正回路のそれぞれから出力されて、静電容量波形を補正する。各補正回路は、一意の時定数を有し得る。

種々の実施形態において、未調整の補正波形がまた、複数の補正回路のそれぞれから出力される。各未調整の補正波形の大きさは、複数回のそれぞれで測定され得る。加えて、ゲイン調整が、計算回路網によって、複数の補正回路のそれぞれに対して計算され得る。各ゲイン調整は、複数回のそれぞれで測定された静電容量波形の大きさと、複数回のそれぞれで測定された各未調整の補正波形の大きさとに基づいて、計算され得る。

一実施形態では、計算回路網はまた、パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗を計算する。そのような実施形態の１つでは、漏れ抵抗の補正に続いて、静電容量波形の測定が、静電容量波形に導入される仮想ピークを考慮するように調整される。パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗が補正され得、それを行うあいだに、静電容量波形の大きさが、複数回のそれぞれで再測定され得る。

これらおよび他の目的は、本発明の利点ならびに特色とともに、以下の説明、添付図面、および請求項を参照することによってより明確となり、かつ、より良く理解され得る。さらに、本明細書に記載される種々の実施形態の特色は、相互に排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列として存在し得ることが、理解されるべきである。

図面において、同じ参照文字は概して、異なる図を通じて同一部分を指す。また、図面は必ずしも尺度に従っておらず、代わりに、本発明の原理を図示するために、概して、強調がなされる。以下の説明では、本発明の種々の実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
例えば、本明細書は以下の項目を提供する。
（項目１）
電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するための方法であって、
少なくとも１つの第１の較正値によって、該パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するモデル回路網によって導入される非理想性を補正するために、補正回路網を較正することと、
少なくとも１つの細胞の特徴を測定することと、その一方で、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正するために、少なくとも１つの第２の較正値によって再較正される補正回路網を採用することと、
該特徴を測定することに続いて、該少なくとも１つの第１の較正値によってさらに再較正される該補正回路網が、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正することを検証することと
を包含する、方法。
（項目２）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、前記モデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、項目２に記載の方法。
（項目５）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、複数細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、項目２に記載の方法。
（項目６）
前記少なくとも１つの第１の較正値によって前記補正回路網を較正するステップに先立って、前記モデル回路網を有効化することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って、前記モデル回路網を無効化することをさらに包含する、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに続いて、前記モデル回路網を再有効化することをさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って再較正され、前記パッチクランプシステムによって導入される浮遊容量を補正する、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の単一細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の複数細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って再較正され、前記パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正する、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記パッチクランプシステム内の少なくとも１つの構成要素によって導入される浮遊容量を測定することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記少なくとも１つの構成要素は、長ケーブルを備える、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記少なくとも１つの構成要素は、単一細胞と直列の長ケーブルを備える、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記少なくとも１つの構成要素は、複数細胞と直列の長ケーブルを備える、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するために、前記測定された浮遊容量を前記モデル回路網によってモデル化される静電容量と比較することをさらに包含する、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
前記測定された浮遊容量が、前記モデル回路網によってモデル化される静電容量から所定量を超えて異なる場合には、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することを中止することをさらに包含する、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するために、前記第１と第２の較正値とを比較することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目２１）
前記少なくとも１つの細胞の前記測定された特徴は、電流である、項目１に記載の方法。
（項目２２）
前記補正回路網が、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正された後に、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することにおいて採用される、増幅器のゲインを増加させることをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目２３）
電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するためのサブシステムであって、
該パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するように構成される、モデル回路網と、
非理想性を補正するための補正回路網であって、該補正回路網は、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正し、かつ、少なくとも１つの第２の較正値によって較正され、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正する、ように構成される、補正回路網と、
少なくとも１つの細胞の特徴を測定し、その一方で、該補正回路網から入力を受信し、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正するように構成される、測定回路網と、
該特徴の測定に続いて、該少なくとも１つの第１の較正値によって再較正される補正回路網が、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正することを、検証するように構成される、検証モジュールと
を備える、サブシステム。
（項目２４）
前記補正回路網は、前記モデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目２５）
前記補正回路網は、長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目２４に記載のサブシステム。
（項目２６）
前記補正回路網は、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目２４に記載のサブシステム。
（項目２７）
前記補正回路網は、複数細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目２４に記載のサブシステム。
（項目２８）
前記モデル回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって前記補正回路網を較正することに先立って、有効化されるようにさらに構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目２９）
前記モデル回路網は、前記測定回路網によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って、無効化されるようにさらに構成される、項目２８に記載のサブシステム。
（項目３０）
前記モデル回路網は、前記測定回路網によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに続いて、再有効化されるようにさらに構成される、項目２９に記載のサブシステム。
（項目３１）
前記補正回路網は、前記パッチクランプシステムによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目３２）
前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目３１に記載のサブシステム。
（項目３３）
前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の単一細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目３１に記載のサブシステム。
（項目３４）
前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の複数細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、項目３１に記載のサブシステム。
（項目３５）
前記補正回路網は、前記パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正するために、較正されるように構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目３６）
前記検証モジュールは、前記パッチクランプシステムから測定された浮遊容量値を前記モデル回路網によってモデル化された静電容量値と比較して、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するようにさらに構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目３７）
前記測定された浮遊容量値が、前記モデル回路網によってモデル化される静電容量値から所定量を超えて異なる場合には、前記測定回路網は、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することを中止するようにさらに構成される、項目３６に記載のサブシステム。
（項目３８）
前記検証モジュールは、前記第１と第２の較正値とを比較して、前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するようにさらに構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目３９）
前記少なくとも１つの細胞の前記測定された特徴は、電流である、項目２３に記載のサブシステム。
（項目４０）
前記測定回路網は、ゲインを有する増幅器を備え、該ゲインは、前記補正回路網が前記少なくとも１つの第２の較正値によって較正された後に、増加されるように構成される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目４１）
前記サブシステムは、テストヘッド、主増幅器、およびその間に長ケーブルを備えるパッチクランプシステムと併用されるように適合され、前記モデル回路網、前記補正回路網、および前記測定回路網は、すべて該主増幅器内に配置される、項目２３に記載のサブシステム。
（項目４２）
前記主増幅器の中に超低静電容量スイッチをさらに備える、項目４１に記載のサブシステム。
（項目４３）
細胞の特徴を決定するための方法であって、
細胞の自然静止電位を測定することと、
該測定された自然静止電位をメモリ内に格納することと、
該測定された自然静止電位と実質的に等しい第１の電圧と、該測定された自然静止電位とステップ電圧との合計と実質的に等しい第２の電圧とを交互に該細胞に印加することと、
該細胞の特徴を測定することと
を備える、方法。
（項目４４）
異なるステップ電圧が、前記第２の電圧の印加の度に印加される、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記細胞の特徴は、前記第２の電圧の印加の度に測定される、項目４３に記載の方法。
（項目４６）
前記測定された細胞の特徴は、電流である、項目４３に記載の方法。
（項目４７）
単一プローブを使用して、前記細胞の自然静止電位を測定し、そして該細胞の特徴を測定する、項目４３に記載の方法。
（項目４８）
細胞の特徴を決定するためのサブシステムであって、
細胞の自然静止電位を測定するように構成される、感知回路と、
該測定された自然静止電位を格納するように構成される、メモリと、
ｉ）該測定された自然静止電位と実質的に等しい第１の電圧と、該測定された自然静止電位とステップ電圧との合計と実質的に等しい第２の電圧とを交互に該細胞に印加し、ｉｉ）該細胞の特徴を測定するように構成される、クランプ回路と
を備える、サブシステム。
（項目４９）
異なるステップ電圧が、前記第２の電圧の印加の度に印加される、項目４８に記載のサブシステム。
（項目５０）
前記クランプ回路は、前記第２の電圧の印加の度に前記細胞の特徴を測定するように構成される、項目４８に記載のサブシステム。
（項目５１）
前記測定された細胞の特徴は、電流である、項目４８に記載のサブシステム。
（項目５２）
前記感知回路および前記クランプ回路は、それぞれ、共通の単一プローブに連結される、項目４８に記載のサブシステム。
（項目５３）
電気生理学実験において、細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を決定するための方法であって、
力増幅器を介して該デバイスに刺激を印加することと、
別個のセンス増幅器によって、該刺激に対する応答を測定することと、
該刺激に対する応答を分析することによって、該デバイスの静電容量を決定することと
を備える、方法。
（項目５４）
補正回路を使用して、前記デバイスの静電容量を補正することをさらに備える、項目５３に記載の方法。
（項目５５）
前記デバイスの静電容量を決定することは、前記刺激に対する応答のＲＣ時定数を計算することを備える、項目５３に記載の方法。
（項目５６）
電気生理学実験において、細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を決定するためのサブシステムであって、
該デバイスに刺激を印加するように構成される、力増幅器と、
該刺激に対する応答を測定するように構成される、別個のセンス増幅器と、
該刺激に対する応答を分析することによって、該デバイスの静電容量を決定するように構成される、決定モジュールと
を備える、サブシステム。
（項目５７）
前記デバイスの静電容量を補正するように構成される、補正回路をさらに備える、項目５６に記載のサブシステム。
（項目５８）
前記決定モジュールは、前記デバイスの静電容量を決定することにおいて、前記刺激に対する応答のＲＣ時定数を計算するように構成される、項目５６に記載のサブシステム。
（項目５９）
電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を決定するための方法であって、
パッチクランプシステム内のデバイスを介して、該細胞に刺激を印加することと、
測定回路網によって該細胞の特徴を測定しつつ、該測定回路網に第１の補正信号を印加して、該パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正し、第２の補正信号を印加して、該デバイスによって導入される直列抵抗を補正することと
を備え、該第２の補正信号は、該測定された細胞の特徴と、該測定された細胞の特徴からそれに及ぼす該第１の補正信号の影響を除去する第３の補正信号とに関連する、方法。
（項目６０）
前記デバイスは、電極である、項目５９に記載の方法。
（項目６１）
前記測定された特徴は、電流である、項目５９に記載の方法。
（項目６２）
電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を決定するためのパッチクランプシステムであって、
該細胞に刺激を印加するためのデバイスと、
該細胞の特徴を測定するための測定回路網と、
該測定回路網に第１の補正信号を印加して、該パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正するための第１の補正回路網と、
該測定回路網に、該測定された細胞の特徴と第３の補正信号とに関連する、第２の補正信号を印加して、該デバイスによって導入される直列抵抗を補正するための第２の補正回路と、
該第２の補正回路に、該測定された細胞の特徴からそれに及ぼす該第１の補正信号の影響を除去する、該第３の補正信号を印加するための第３の補正回路と
を備える、システム。
（項目６３）
前記デバイスは、電極である、項目６２に記載のシステム。
（項目６４）
前記測定された特徴は、電流である、項目６２に記載のシステム。
（項目６５）
電気生理学実験において、少なくとも１つの細胞の特徴を測定することにおいて使用されるデバイスの直列抵抗を補正するためのシステムであって、
ｉ）該デバイスを介して、該細胞に刺激を印加し、ｉｉ）該細胞の特徴を測定するように構成される、クランプ回路と、
該クランプ回路の入力に連結される出力を有する演算増幅器と
を備え、該演算増幅器の反転端子への入力は、該測定された細胞の特徴に比例する信号だけ少ない該演算増幅器の出力と実質的に等しい、システム。
（項目６６）
前記デバイスは、電極である、項目６５に記載のシステム。
（項目６７）
前記測定された特徴は、電流である、項目６５に記載のシステム。
（項目６８）
パッチクランプシステム内に存在する静電容量波形を補正する方法であって、
複数回の各々において、該静電容量波形の強度を測定することと、
複数の補正回路の各々から増幅率調整補正波形を出力し、該静電容量波形を補正することと
を備え、各補正回路は、一意の時定数を有する、方法。
（項目６９）
前記複数の補正回路の各々から、未調整補正波形を出力することをさらに備える、項目６８に記載の方法。
（項目７０）
前記複数回の各々において、各未調整補正波形の強度を測定することをさらに備える、項目６９に記載の方法。
（項目７１）
前記複数の補正回路の各々に対して、増幅率調整を計算することをさらに備える、項目７０に記載の方法。
（項目７２）
各増幅率調整は、前記複数回の各々において測定された前記静電容量波形の強度と、該複数回の各々において測定された前記各未調整補正波形の強度とに基づいて計算される、項目７１に記載の方法。
（項目７３）
前記パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗を計算することをさらに備える、項目６８に記載の方法。
（項目７４）
前記静電容量波形の測定を調整して、前記漏れ抵抗の補正に続いて、該静電容量波形に導入される仮想ピークを考慮することをさらに備える、項目７３に記載の方法。
（項目７５）
前記パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗を補正することをさらに備える、項目７３に記載の方法。
（項目７６）
前記漏れ抵抗が補正されつつ、前記複数回の各々において前記静電容量波形の強度を再測定することをさらに備える、項目７５に記載の方法。
（項目７７）
パッチクランプシステム内に存在する静電容量波形を補正するためのサブシステムであって、
複数回の各々において、該静電容量波形の強度を測定するための測定回路網と、
複数の補正回路であって、各補正回路は、一意の時定数を有し、そして増幅率調整補正波形を出力して、該静電容量波形を補正するように構成される、複数の補正回路と
を備える、サブシステム。
（項目７８）
各補正回路は、未調整補正波形を出力するようにさらに構成される、項目７７に記載のサブシステム。
（項目７９）
前記測定回路網は、前記複数回の各々において、各未調整補正波形の強度を測定するようにさらに構成される、項目７８に記載のサブシステム。
（項目８０）
前記複数の補正回路のそれぞれに対して、増幅率調整を計算するための計算回路をさらに備える、項目７９に記載のサブシステム。
（項目８１）
各増幅率調整は、前記複数回の各々における前記静電容量波形の前記測定された強度と、前記複数回の各々における各未調整補正波形の前記測定された強度とに基づいて計算される、項目８０に記載のサブシステム。
（項目８２）
前記パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗を計算するための計算回路をさらに備える、項目７７に記載のサブシステム。
（項目８３）
前記計算回路網は、前記静電容量波形の測定を調整して、前記漏れ抵抗の補正に続いて、該静電容量波形に導入される仮想ピークを考慮するようにさらに構成される、項目８２に記載のサブシステム。
（項目８４）
前記パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗を補正するための漏れ抵抗補正回路網をさらに備える、項目８２に記載のサブシステム。
（項目８５）
前記漏れ抵抗補正回路網は、前記漏れ抵抗を補正しつつ、前記測定回路網は、前記複数回の各々において、前記静電容量波形の強度を再測定するようにさらに構成される、項目８４に記載のサブシステム。

図１は、自動パッチクランプシステム内で典型的に使用される、例示的な平面パッチクランプの概略図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、パッチクランプシステム内で使用される公知の、例示的なＲｓ補正回路を示す。 図２Ａおよび図２Ｂは、パッチクランプシステム内で使用される公知の、例示的なＲｓ補正回路を示す。 図３は、本発明の一実施形態による、パッチクランプシステムの回路図である。 図４は、図３に示されたパッチクランプシステムの、単一チャネルの一実施形態の回路図である。 図５は、図３に示されたパッチクランプシステムの、サブシステムの一実施形態の回路図である。 図６は、パッチクランプシステムを補正するための方法の、図示的な実施形態の流れ図である。 図７は、図３に示されたパッチクランプシステムの、別のサブシステムの一実施形態の回路図である。 図８は、パッチクランプシステムを補正するための別の方法の、図示的な実施形態の流れ図である。 図９は、パッチクランプシステムを補正するためのさらに別の方法の、図示的な実施形態の流れ図である。 図１０は、パッチクランプシステム内に存在する静電容量スパイクと、その静電容量スパイクに対してパッチクランプシステムを補正する際に使用される、複数の未調整の補正波形とを示す。 図１１は、パッチクランプシステム内の漏れ抵抗の補正に続いて静電容量スパイクをもたらす仮想ピークを示す。 図１２は、図８および図９に示された方法において使用するための、ゲインベクトルを計算するための方程式を示す。 図１３は、図３に示されたパッチクランプシステムの、さらに別のサブシステムの一実施形態の回路図である。 図１４Ａおよび図１４Ｂは、それぞれ、図１３に示されたサブシステムの部分回路図であり、ホルダデバイス（または、チップ）の静電容量が計算され得る方法を説明するために使用される。 図１４Ａおよび図１４Ｂは、それぞれ、図１３に示されたサブシステムの部分回路図であり、ホルダデバイス（または、チップ）の静電容量が計算され得る方法を説明するために使用される。 図１５は、図３に示されたパッチクランプシステムの、さらに別のサブシステムの一実施形態の回路図である。 図１６は、細胞の特徴を判定するための方法の図示的な実施形態の流れ図である。 図１７は、細胞の特徴を判定するために、細胞に印加され得る交流電圧の例示的な波形を示す。 図１８は、漏れ電流補正およびＲｓ補正の両方を行う、図３に示されたパッチクランプシステムの単一チャネルの実施形態の回路図である。 図１９は、本発明の一実施形態による、Ｒｓ補正回路の回路図である。 図２０は、漏れ電流補正およびＲｓ補正の両方を行う、図３に示されたパッチクランプシステムの単一チャネルの別の実施形態の回路図である。

本明細書では、パッチクランプシステムにおける使用のためのサブシステムおよび方法の種々の実施形態が記載される。

（Ａ．概略）
概観として、本発明の実施形態によると、サブシステムおよび方法は、電気生理学実験において使用され得る、比較的大きなパッチクランプシステムを補正するために採用される。サブシステムは、較正され、パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正する、補正回路網を含んでもよい。例えば、補正回路網は、パッチクランプシステム内の１つ以上の構成要素によって導入される浮遊容量、パッチクランプシステム内に存在する漏れ抵抗、および／またはパッチクランプシステムによって導入される別の非理想性を補正してもよい。一実施形態では、サブシステムは、パッチクランプシステムによって導入される非理想性の補正を検証するように構成される。以下に詳述されるように、サブシステムは、本目的のために、パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するモデル回路網を採用してもよい。

加えて、さらに後述されるように、本発明の実施形態を採用して、電流等の細胞の特徴、および電気生理学実験の際に細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を決定してもよい。一実施形態では、細胞の自然静止電位が測定され、その後、細胞の特徴の決定の際に採用される。別の実施形態では、細胞を保持するために使用されるデバイスの静電容量を決定するために、力増幅器を介してデバイスに刺激が印加され、刺激に対する応答が、別個のセンス増幅器を使用して測定される。次いで、応答は、分析されてもよく、例えば、応答のＲＣ時定数が計算され、デバイスの静電容量が、そこから決定されてもよい。

加えて、さらに、本明細書に記載されるパッチクランプシステムは、測定電極内の望ましくない直列抵抗Ｒｓの実質的に完全（すなわち、１００％）補正を提供可能なＲｓ補正回路網を採用してもよい。任意に、本明細書に記載されるように、漏れ電流補正は、Ｒｓ補正に干渉せずに、このようなＲｓ補正を補完してもよい。

（Ｂ．静電容量補正およびその検証）
図３は、第１、第２、および第３のチャネル１３８を有する例示的パッチクランプシステム１００を示すが、任意の数のチャネル１３８が、パッチクランプシステム１００内で採用されてもよい。図４は、単一チャネル１３８の一実施形態を詳細に示す。単一チャネル１３８内の各構成要素は、アナログ構成要素であってもよい。図３および４に図示されるように、各チャネル１３８は、アナログマルチプレクサ１３５、アナログ／デジタル変換器１３６、およびコントローラ１３３を介して、ソフトウェア１３２への出力を提供してもよい。加えて、ソフトウェア１３２は、コントローラ１３３およびデジタル／アナログ変換器１３４、またはコントローラ１３３およびデジタル／アナログ変換器１３７のいずれかを介して、任意のチャネル１３８への入力を提供してもよい。加えて、ソフトウェア１３２は、コントローラ１３３を介して、アナログマルチプレクサ１３５を制御してもよい。

一実施形態では、ソフトウェア１３２は、コントローラ１３３に命令し、単一チャネル１３８のそれぞれ内の任意または全部の構成要素を制御可能である。例えば、ソフトウェア１３２は、コントローラ１３３に命令し、チャネル１３８内のスイッチを開閉する、電圧を印加して、チャネル１３８内のある構成要素をオン／オフにする、および／またはチャネル１３８内の種々の構成要素の出力をサンプリングしてもよい。故に、そのように明示的に記述されていない場合であっても、当業者は、チャネル１３８の構成要素が所与の機能ように本明細書に記載される場合、実際、その構成要素は、ソフトウェア１３２およびコントローラ１３３からのコマンドに応答して、その機能を行うことを理解するであろう。一実施形態では、後述のように、ソフトウェア１３２は、コンピュータメモリ（例えば、永続記憶装置および／または揮発性記憶装置）とインターフェースをとり、それを採用して、データおよび値を格納する。

一実施形態では、図４に図示されるように、パッチクランプシステム１００の各チャネル１３８は、テストヘッド１４０と、主要増幅器１３９と、その間の長ケーブル１０７とを含む。本説明を通して使用されるように、用語「長ケーブル」は、概して、約３０ｐＦ以上の静電容量を有するケーブルを指すことを理解されたい。したがって、静電容量３０ｐＦ／フィートを有する１フィート長の５０オーム同軸ケーブルは、長ケーブルであって、静電容量２０ｐＦ／フィートを有する１．５フィート長の７５オーム同軸ケーブル、および静電容量１３ｐＦ／フィートを有する２．５フィート長の９３オーム同軸ケーブルも同様である。

図４に図示されるように、テストヘッド１４０は、その裏面の１つ以上の孔１１４を通して、第２のチャンバ１１２と流体連通するホルダデバイス（または、チップ）１１３（すなわち、第１のチャンバ）を含んでもよい。図１を参照して説明されるように、１つ以上の生体細胞１０９が、第１のチャンバ１１３内に沈殿させられ、孔１０９へと引き寄せされ得る。次いで、第１のチャンバ１１３の裏面と細胞１０９の膜との間に、高電気抵抗（例えば、数百ＭΩ乃至１ＧΩを超える範囲）のシールが形成され得る。図示されるように、第１のチャンバ１１３は、細胞外イオン溶液１１５によって充填され、第２のチャンバ１１２は、適切な濃度の抗生物質を含有し得る生理食塩緩衝液１４３によって充填されてもよい。図１を参照して説明されるように、細胞１０９からの細胞内流体が緩衝溶液１４３と混合するように、細胞１０９は透過化され得る（例えば、電気的に、陰圧を介して、または抗生物質の使用を介して）。一実施形態では、感知電極１１０は、細胞外イオン溶液１１５と接触して配置され、接地と接続される浴電極１１６は、緩衝溶液１４３と接触して配置される（すなわち、細胞１０９内に効果的に配置される）。さらに後述されるように、感知および浴電極１１０、１１６は、測定回路網（例えば、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１、ならびに差動増幅器１３１）と併用され、その膜を通して流れる電流等の細胞１０９の特徴を測定してもよい。

図５は、図３および４に示されるパッチクランプシステム１００のサブシステム２００を示す。図４および５を参照すると、一般に、一実施形態では、サブシステム２００が使用され、電気生理学実験において使用される際に、パッチクランプシステム１００内に存在するか、またはそこに導入される、非理想性を補正する。その目的のために、サブシステム２００は、図示されるように、パッチクランプシステム１００の少なくとも一部をモデル化するように構成されるモデル回路網（例えば、構成要素１１７、１１９、１２０、１２２、および／または１２３）と、非理想性を補正するように構成される補正回路網（例えば、構成要素１１１、１２５、１２６、および／または１２７）とを含んでもよい。

一実施形態では、モデル回路網は、構成要素１１７、１２０、および１２３を含み、テストヘッド１４０内に設置される感知電極１１０を主要増幅器１３９に接続する長ケーブル１０７をモデル化する。加えて、モデル回路網は、構成要素１１９を含み、ホルダデバイス（または、チップ）１１３内に配置される単一細胞１０９をモデル化し、構成要素１２２を含み、ホルダデバイス（または、チップ）１１３内に配置される複数細胞１０９をモデル化してもよい。併用される場合、構成要素１１９および１２０は、単一細胞１０９と直列の長ケーブル１０７をモデル化する。同様に、併用される場合、構成要素１２２および１２３は、複数細胞１０９と直列の長ケーブル１０７をモデル化する。後述のように、モデル回路網の各構成要素１１７、１１９、１２０、１２２、および１２３は、アナログ信号を生成可能な任意の回路または波形発生器として実装されてもよい。例えば、一実施形態では、構成要素１１７、１２０、および１２３はそれぞれ、長ケーブル１０７によってパッチクランプシステム１００内に導入される静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを生成し、構成要素１１９は、単一細胞１０９によってパッチクランプシステム１００内に導入される静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを生成し、構成要素１２２は、複数細胞１０９によってパッチクランプシステム１００内に導入される静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを生成する。

一方、補正回路網は、長ケーブル１０７によって（および／または、長ケーブル１０７のモデル１１７、１２０、１２３によって）導入される浮遊容量を補正するように構成される構成要素１２５、ホルダデバイス１１３内に配置される単一細胞１０９によって（および／または、単一細胞１０９のモデル１１９によって）導入される浮遊容量を補正するように構成される構成要素１２６、および／またはホルダデバイス１１３内に配置される複数細胞１０９によって（および／または、複数細胞１０９のモデル１２２によって）導入される浮遊容量を補正するように構成される構成要素１２７を含んでもよい。併用される場合、構成要素１２５および１２６は、単一細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって（および／または、単一細胞１０９と直列の長ケーブル１０７をモデル化する回路１１９、１２０によって）導入される浮遊容量を補正してもよい。同様に、併用される場合、構成要素１２５および１２７は、複数細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって（および／または、複数細胞１０９と直列の長ケーブル１０７をモデル化する回路１２２、１２３によって）導入される浮遊容量を補正してもよい。再び、後述のように、補正回路網の各構成要素１２５、１２６、および１２７は、アナログ信号を生成可能な任意の回路または波形発生器として実装されてもよい。例えば、一実施形態では、構成要素１２５は、長ケーブル１０７によって生成される（および／または、長ケーブル１０７のモデル１１７、１２０、または１２３によって生成される）静電容量スパイクと等しい強度および時定数であるが、反対極性の静電容量スパイクを生成し、構成要素１２６は、ホルダデバイス１１３内に配置される単一細胞１０９によって生成される（および／または、単一細胞１０９のモデル１１９によって生成される）静電容量スパイクと等しい強度および時定数であるが、反対極性の静電容量スパイクを生成し、構成要素１２７は、ホルダデバイス１１３内に配置される複数細胞１０９によって生成される（および／または、複数細胞１０９のモデル１２２によって生成される）静電容量スパイクと等しい強度および時定数であるが、反対極性の静電容量スパイクを生成する。

加えて、補正回路網は、パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗１００を補正するように構成される、構成要素１１１を含んでもよい。さらに後述されるように、補正回路網の種々の構成要素１１１、１２５、１２６、１２７は、第１の較正値によって、種々の時間に較正され、モデル回路網の構成要素１１７、１１９、１２０、１２２、１２３によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）を補正してもよい。またある時には、補正回路網の種々の構成要素１１１、１２５、１２６、１２７は、第２の較正値によって較正され、パッチクランプシステム１００の実際の構成要素（例えば、長ケーブル１０７および細胞１０９）によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）を補正してもよい。

また、サブシステム２００は、１つ以上の生体細胞１０９の特徴を測定する一方、同時に、パッチクランプシステム１００内に存在するか、またはそこに導入される非理想性を補正するために、補正回路網からの入力を受信するように構成される、測定回路網（例えば、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１、ならびに差動増幅器１３１）を含んでもよい。加えて、サブシステム２００は、検証モジュール２０４を含んでもよい。一実施形態では、検証モジュール２０４は、ソフトウェア１３２内に実装される。代替として、検証モジュール２０４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）等のハードウェア内に実装されてもよい。さらに別の実施形態では、検証モジュール２０４は、任意の好適なプログラミング言語（例えば、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ｊａｖａ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＬＩＳＰ、ＢＡＳＩＣ、ＰＥＲＬ等）を使用してプログラムされる、１つ以上の汎用マイクロプロセッサ（例えば、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐ．によって供給されるＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）マイクロプロセッサのいずれか）であってもよい。

図４および５に図示されるように、モデル回路網、補正回路網、ならびに測定回路網はすべて、有利には、主要増幅器システム１３９内に設置されてもよい。さらに、図４に図示されるように、超低静電容量スイッチ１０３、１０４、１０８、１１８、１２１、１２４、および１４２が、主要増幅器１３９内で採用されてもよい。本説明を通して使用されるように、用語「超低静電容量スイッチ」は、概して、約３ｐＦ未満の「オフ」静電容量を有するスイッチを指すことを理解されたい。例えば、超低静電容量スイッチ１０３、１０４、１０８、１１８、１２１、１２４、および１４２はそれぞれ、電気機械式継電器によって、半導体継電器（ＮＥＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（日本／東京）社製ＰＳ７２００Ｒ半導体継電器等）によって、リード継電器（Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｏｆ Ｃｌａｃｔｏｎ−ｏｎ−Ｓｅａ（英国／Ｅｓｓｅｘ）社製Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ Ｓｅｒｉｅｓ １０３リード継電器等）によって、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ Ｒｅｌａｙｓａ，Ｉｎｃ．（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州／Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ）社製ＲＦ／ＧＲＦ直列継電器（例えば、ＲＦ１８０継電器、ＧＲＦ１７２継電器、またはＧＲＦ３４２継電器）によって、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州／Ｎｏｒｗｏｏｄ）社製ＡＤＧ１２２１、ＡＤＧ１２２２、またはＡＤＧ１２２３スイッチによって、Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州／Ｆｒｅｅｍｏｎｔ）社製ＳＤ５０００、ＳＤ５００１、ＳＤ５４００、またはＳＤ５４０１スイッチによって、Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州／Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ）社製ＭＡＸ３２６／３２７スイッチによって、あるいは光ＭＯＳスイッチ（Ｔｏｓｈｉｂａ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（日本／東京）社製ＴＬＰ３１１６スイッチ等）によって、実装されてもよい。

一実施形態では、再び、図４および５を参照すると、数ギガオームを超える抵抗器が、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１のうちの１つ以上のために使用される。典型的には、そのような高値抵抗器は、狭公差（例えば、公差は、２０％程度であり得る）を有しておらず、電圧クランプ増幅器１３０に増幅率誤差をもたらし得る。故に、本発明の一実施形態では、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１の実際の抵抗が計算される。例えば、モデル回路網１１９、１２０の実効抵抗（Ｒｅｆｆ）（例えば、モデル回路網１１９内の狭公差（例えば、１％未満）抵抗器の使用を介して実装される）は、周知であり得る。次いで、スイッチ１２１を閉鎖し、スイッチ１０８、１１８、および１２４を開放して、電圧（Ｖｒｅｆ）が、電圧クランプ増幅器１３０の非反転入力端子に印加され得る。次いで、電流／電圧増幅率抵抗器１２９または電流／電圧増幅率抵抗器１４１（どちらが電圧クランプ増幅器１３０の反転入力端子と出力端子との間のスイッチ１４２によって接続されるかに応じて）の実際の抵抗は、モデル回路網１１９、１２０（Ｒｅｆｆ）の周知の実効抵抗、電圧クランプ増幅器１３０の反転入力端子における電圧（すなわち、Ｖｒｅｆ、電圧クランプ増幅器１３０の入力端子は、潜在的に、互いに追跡するため）、および電圧クランプ増幅器１３０の出力端子において観察された電圧（Ｖｏｕｔ）を使用することによって、単純な分圧式を介して計算され得る。換言すると、以下となる。

Ｒ_１２９＝（Ｒｅｆｆ＊Ｖｏｕｔ／Ｖｒｅｆ）−Ｒｅｆｆ
Ｒ_１４１＝（Ｒｅｆｆ＊Ｖｏｕｔ／Ｖｒｅｆ）−Ｒｅｆｆ
次いで、電流／電圧増幅率抵抗器１２９、１４１に対するこれらの実際の抵抗値を使用して、例えば、細胞１０９の膜を通して流れる電流等、本明細書に記載される値および特徴をより正確に計算してもよい。

次に、図６を参照すると、電気生理学実験において使用される際に、パッチクランプシステム１００を補正するための方法３００の一実施形態では、補正回路網は、ステップ３０８において、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、モデル回路網によって導入される非理想性を補正し、ステップ３２４において、１つ以上の細胞の特徴が測定され、特徴の測定に続いて、ステップ３３２において、補正回路網が試験され、以前として、モデル回路網によって導入される非理想性を補正するかを検証する。任意に、また、方法３００は、第１の較正値による補正回路網の較正（ステップ３０８）に先立って、ステップ３０４において、モデル回路網を有効化し、ステップ３１２において、モデル回路網を無効化し、ステップ３１６において、パッチクランプシステム内の少なくとも１つの構成要素１００によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）を測定し、ステップ３２０において、少なくとも１つの第２の較正値によって、補正回路網を再較正し、パッチクランプシステム１００によって導入される非理想性を補正するステップを含んでもよい。加えて、また、方法３００は、任意に、ステップ３２４における１つ以上の細胞１０９の特徴の測定に続いて、ステップ３２８において、モデル回路網を再有効化するステップを含んでもよい。

より詳細には、図４−６を参照すると、モデル回路網は、最初、ステップ３０４において、有効化され、次いで、補正回路網が、ステップ３０８において、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、モデル回路網によって導入される非理想性を補正する。ステップ３０４において、モデル回路網を有効化するために、スイッチ１０８は、最初、開放され、主要増幅器１３９からテストヘッド１４０を切断してもよい。次いで、１つ以上のスイッチ１１８、１２１、および１２４が閉鎖され、モデル回路網の構成要素１１７、１１９、１２０、１２２、１２３のうちの１つ以上を電圧クランプ増幅器１３０に接続してもよい。次いで、ステップ３０８では、補正回路網の構成要素１２５、１２６、１２７のうちの１つ以上が較正され、対象モデル回路網によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）を補正してもよい。

一実施形態では、ステップ３０４および３０８を反復的に繰り返し、補正回路網の各構成要素１２５、１２６、１２７を個別に較正する。例えば、スイッチ１１８は、最初、ステップ３０４において、閉鎖されてもよく、次いで（スイッチ１２１および１２４を開放して）、構成要素１２５は、ステップ３０８において、第１の較正値によって較正され、長ケーブルのモデル回路網１１７によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、一実施形態では、電圧クランプ増幅器１３９に接続される場合、モデル回路網１１７は、長ケーブル１０７によってパッチクランプシステム１００内に導入されるであろう静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを有する信号を生成するであろう。故に、構成要素１２５は、第１の較正値によって較正され、モデル回路網１１７によって生成される静電容量スパイクと強度および時定数が実質的に等しいが、極性が反対の静電容量スパイクを生成してもよい。例えば、一実施形態では、構成要素１２５は、デフォルト設定によって、デフォルトの強度、時定数、極性値を有する静電容量スパイクを出力するように構成される。そのような場合、構成要素１２５に適用される第１の較正値は、構成要素１２５に、モデル回路網１１７によって生成される静電容量スパイクと強度および時定数が実質的に等しいが、反対の極性の静電容量スパイクを出力させる乗率であってもよい。当業者に理解されるように、モデル回路網１１７、１２０、および１２３はそれぞれ、実質的に同一である静電容量スパイクを有する信号（すなわち、長ケーブル１０７によって生成されるであろう静電容量スパイクと実質的に同一である静電容量スパイクを有する信号）を出力するため、また、モデル回路網１１７によって生成される静電容量スパイクを補正するための較正構成要素１２５は、構成要素１２５を較正し、モデル回路網１２０および１２３によって生成される静電容量スパイクを補正する。

次いで、ステップ３０８における構成要素１２５の較正に続いて、ステップ３０４において、スイッチ１１８が開放され、スイッチ１２１が閉鎖されてもよい。次いで、構成要素１２６は、ステップ３０８において、第１の較正値によって較正され、単一細胞のモデル回路網１１９によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、一実施形態では、電圧クランプ増幅器１３９に接続される場合、モデル回路網１１９は、ホルダデバイス１１３内に配置されると、単一細胞１０９によって、パッチクランプシステム１００内に導入されるであろう静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを有する信号を生成し、モデル回路網１２０は、長ケーブル１０７によって、パッチクランプシステム１００内に導入されるであろう静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを有する信号を生成するであろう。上述のように、構成要素１２５は、既に、第１の較正値によって較正され、長ケーブル１０７のモデル回路網１２０によって導入される静電容量スパイクを補正している。故に、第１の較正値（例えば、乗率）は、構成要素１２５が、モデル回路網１１９および１２０によって同時に生成される静電容量スパイクを部分的に補正した後も残るであろう静電容量スパイクと強度および時定数が実質的に等しいが、反対の極性の静電容量スパイクを出力させるために、構成要素１２６に適用されてもよい。構成要素１２５は、本質的に、長ケーブル１０７のモデル回路網１２０によって生成される静電容量スパイクを補正するため、これは、単一細胞１０９のモデル回路網１１９によって生成される静電容量スパイクを補正する第１の較正値による、構成要素１２６の較正に相当する。そのように、構成要素１２５および１２６は、併用される場合、単一細胞１０９と直列の長ケーブルのモデル回路網１１９、１２０によって導入される浮遊容量を補正してもよい。

次いで、ステップ３０４が再び行われ、スイッチ１２１を開放し、スイッチ１２４を閉鎖してもよい。次いで、構成要素１２７は、ステップ３０８において、第１の較正値によって較正され、複数細胞１０９のモデル回路網１２２によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、一実施形態では、電圧クランプ増幅器１３９に接続される場合、モデル回路網１２２は、ホルダデバイス１１３内に配置されると、複数細胞１０９によってパッチクランプシステム１００内に導入されるであろう静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを有する信号を生成し、モデル回路網１２３は、長ケーブル１０７によってパッチクランプシステム１００内に導入されるであろう静電容量スパイクをモデル化する静電容量スパイクを有する信号を生成するであろう。上述のように、構成要素１２５は、既に、第１の較正値によって較正され、長ケーブル１０７のモデル回路網１２３によって導入される静電容量スパイクを補正している。故に、第１の較正値（例えば、乗率）は、構成要素１２５が、モデル回路網１２２および１２３によって同時に生成される静電容量スパイクを部分的に補正した後も残るであろう静電容量スパイクと強度および時定数が実質的に等しいが、反対極性の静電容量スパイクを出力させるために、構成要素１２７に適用されてもよい。構成要素１２５は、本質的に、長ケーブル１０７のモデル回路網１２３によって生成される静電容量スパイクを補正するために、これは、複数細胞１０９のモデル回路網１２２によって生成される静電容量スパイクを補正する第１の較正値による、構成要素１２７の較正に相当する。そのように、構成要素１２５および１２７は、併用される場合、複数細胞１０９と直列の長ケーブルのモデル回路網１２２、１２３によって導入される浮遊容量を補正してもよい。

ステップ３０８では、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および１２７が、その第１の較正値によって較正されると、後述のように、それらの第１の較正値は、例えば、後の使用のために、ソフトウェア１３２によって採用されるメモリ内に格納されてもよい。

ステップ３０８における、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および１２７の較正に続いて、ステップ３２４における、測定回路網による１つ以上の細胞１０９の特徴の測定に先立って、モデル回路網は、ステップ３１２において、無効化されてもよい。一実施形態では、モデル回路網は、スイッチ１１８、１２１、および１２４をすべて開放することによって無効化される。

方法３００の本時点において、スイッチ１０８が閉鎖され、テストヘッド１４０を主要増幅器１３９に再接続してもよい。次いで、パッチクランプシステム１００によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）は、ステップ３１６において、測定回路網（すなわち、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１、ならびに差動増幅器１３１）の使用によって、測定されてもよく、ステップ３２０において、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および１２７のうちの１つ以上が、少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、パッチクランプシステム１００によって導入される非理想性（例えば、浮遊容量）を補正してもよい。

一実施形態では、ステップ３１６および３２０が反復的に繰り返され、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および１２７のうちの１つ以上を個別に較正する。例えば、ホルダデバイス１１３内に存在する溶液１１５および１４３によって、単一細胞１０９または複数細胞１０９のその中への沈殿に先立って、ステップ３１６において、測定回路網が採用され、パッチクランプシステム１００の長ケーブル１０７およびホルダデバイス１１３によって生成される静電容量スパイクを測定してもよく、効果的に、長ケーブル１０７によって生成される静電容量スパイクであるとみなされ得る。代替として、長ケーブル１０７を開放したままとし（テストヘッド１４０に接続されるのではなく）、測定回路網を採用し、ステップ３１６において、パッチクランプシステム１００の長ケーブル１０７のみによって生成される静電容量スパイクを測定してもよい。いずれの場合も、ステップ３０８を参照して上述のものと同様に、次いで、構成要素１２５は、ステップ３２０において、第２の較正値によって再較正され、パッチクランプシステム１００内の長ケーブル１０７によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、構成要素１２５に、ステップ３１６においてまさに測定される静電容量スパイクと強度および時定数が実質的に等しいが、反対の極性の静電容量スパイクを出力させるために、以前にそれに適用された第１の乗率の代わりに、第２の乗率が、構成要素１２５に適用されてもよい。

ステップ３２４において、単一細胞１０９の特徴が測定される場合、上述のように、単一細胞１０９は、デバイスホルダ１１３内にほぼ配置されてもよく、ステップ３１６を繰り返し、単一細胞１０９と直列のパッチクランプシステム１００の長ケーブル１０７によって生成される静電容量スパイクを測定してもよい。次いで、ステップ３０８を参照して上述したもの同様に、構成要素１２６は、ステップ３２０において、第２の較正値によって再較正され、単一細胞１０９によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、構成要素１２６に、測定された静電容量スパイクが、構成要素１２５によって部分的に補正された後、ステップ３１６においてまさに測定された静電容量スパイクの残存部分と強度および時定数が実質的に等しいが、反対の極性の静電容量スパイクを出力させるために、以前にそれに適用された第１の乗率の代わりに、第２の乗率が、構成要素１２６に適用されてもよい。そのように、構成要素１２５および１２６は、併用される場合、単一細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって導入される浮遊容量を補正してもよい。

代替として、ステップ３２４において、複数細胞１０９の特徴が測定される場合、上述のように、複数細胞１０９は、デバイスホルダ１１３内にほぼ配置されてもよく、ステップ３１６を繰り返し、複数細胞１０９と直列のパッチクランプシステム１００の長ケーブル１０７によって生成される静電容量スパイクを測定してもよい。次いで、ステップ３０８を参照して上述のものと同様に、構成要素１２７は、ステップ３２０において、第２の較正値によって再較正され、複数細胞１０９によって導入される浮遊容量を補正してもよい。より具体的には、構成要素１２７に、測定された静電容量スパイクが、構成要素１２５によって部分的に補正された後、ステップ３１６においてまさに測定された静電容量スパイクの残存部分と強度および時定数が実質的に等しいが、反対の極性の静電容量スパイクを出力させるために、以前にそれに適用された第１の乗率の代わりに、第２の乗率が、構成要素１２７に適用されてもよい。そのように、構成要素１２５および１２７は、併用される場合、複数細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって導入される浮遊容量を補正してもよい。

ステップ３１６では、対象静電容量スパイク（例えば、長ケーブル１０７によって、単一細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって、および／または複数細胞１０９と直列の長ケーブル１０７によって、導入される静電容量スパイク）が測定されると、後述のように、それらの測定は、後の使用のために、例えば、ソフトウェア１３２によって採用されるメモリ内に格納されてもよい。加えて、ステップ３２０では、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および／または１２７が、その第２の較正値によって再較正されると、また、後述のように、それらの第２の較正値も、後の使用のために、例えば、ソフトウェア１３２によって採用されるメモリ内に格納されてもよい。

加えて、ステップ３２０では、補正回路網の構成要素１１１が較正され、パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗１００を補正してもよい。漏れ抵抗は、例えば、細胞１０９の膜抵抗およびホルダデバイス（または、チップ）１１３と細胞１０９との間のシール抵抗によって、パッチクランプシステム１００内に導入されてもよい。故に、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗は、例えば、テストヘッド１４０におけるそれらの要素全体に印加される刺激電圧をその間を流れる測定された応答電流によって除することによって、計算されてもよい。一実施形態では、次いで、漏れ抵抗は、漏れ抵抗補正回路網１１１の実効抵抗を較正し、計算された漏れ抵抗に実質的に整合させ、次いで、漏れ抵抗補正回路網１１１に、テストヘッド１４０において印加される電圧と強度が実質的に等しいが、符号が反対の電圧を印加することによって、補正される。

ステップ３２０における補正回路網の再較正に続いて、細胞ホルダ１１３内に沈殿させられる１つ以上の細胞１０９の特徴が、ステップ３２４において、測定回路網によって（すなわち、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１のうちの１つ、ならびに差動増幅器１３１によって）測定されてもよい。一実施形態では、ステップ３２４における１つ以上の細胞１０９の特徴の測定の直前に、電圧クランプ増幅器１３０の増幅率が増加される。例えば、一実施形態では、電流／電圧増幅率抵抗器１２９は、電流／電圧増幅率抵抗器１４１よりも低い抵抗を有する。そのような場合、方法３００のステップ３０４−３２０が、増幅器１３０の反転入力と出力との間に接続される電流／電圧増幅率抵抗器１２９によって行われ得る一方、ステップ３２４は、増幅器１３０の反転入力と出力との間に接続される電流／電圧増幅率抵抗器１４１によって行われる。２つの電流／電圧増幅率抵抗器１２９、１４１間の切り替えは、超低静電容量スイッチ１４２の使用を介して達成されてもよい。

一実施形態では、測定された特徴は、１つ以上の細胞１０９の膜を通して伝導する電流であって、そのような測定が生じる一方、補正回路網が同時に採用され、パッチクランプシステム１００によって導入される非理想性を補正する。換言すると、再び、図４および５を参照して、電圧クランプ増幅器１３０に印加される、テストヘッド１４０から測定された信号に加えて、構成要素１１１からの信号が、増幅器１３０に印加され、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を補正し、構成要素１２５からの信号が、増幅器１３０に印加され、長ケーブル１０７によってパッチクランプシステム１００内に導入される浮遊容量を補正し、（単一細胞１０９または複数細胞１０９のいずれの特徴が測定されるかに応じて）構成要素１２６からの信号が、増幅器１３０に印加され、単一細胞１０９によってパッチクランプシステム１００内に導入される浮遊容量を補正するか、または構成要素１２７からの信号が、増幅器１３０に印加され、複数細胞１０９によってパッチクランプシステム１００内に導入される浮遊容量を補正する。次いで、１つ以上の細胞の特徴の測定から取得されるデータは、例えば、ソフトウェア１３２によって採用されるメモリ内に記録および格納されてもよい。

細胞の特徴の測定に続いて、スイッチ１０８は、再び、開放され、主要増幅器１３９からテストヘッド１４０を切断してもよく、モデル回路網は、再有効化されてもよい。モデル回路網の再有効化は、例えば、スイッチ１２１またはスイッチ１２４のいずれかを閉鎖することによって、達成されてもよい。一実施形態では、単一細胞１０９の特徴が、ステップ３２４において測定される場合、モデル回路網は、スイッチ１２１を閉鎖し、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル１１９、１２０を電圧クランプ増幅器１３０に接続することによって、再有効化される。代替として、別の実施形態では、複数細胞１０９の特徴が、ステップ３２４において測定される場合、モデル回路網は、スイッチ１２４を閉鎖し、複数細胞と直列の長ケーブルのモデル１２２、１２３を電圧クランプ増幅器１３０に接続することによって、再有効化される。

ステップ３３２では、検証モジュール２０４は、補正回路網を試験し、依然として、モデル回路網によってパッチクランプシステム１００内に導入される非理想性を補正することを検証してもよい。そうするために、補正回路網の構成要素１２５、１２６、および／または１２７は、一実施形態では、最初、ステップ３０８において決定され、ソフトウェア１３２によって採用されるメモリ内に格納されたそのそれぞれの第１の較正値によって、再較正される。スイッチ１２１が、ステップ３２８において閉鎖される場合、補正回路網の構成要素１２５および１２６が採用され、モデル回路網によって生成される信号を補正する。一方、スイッチ１２４が、ステップ３２８において閉鎖された場合、補正回路網の構成要素１２５および１２７が採用され、モデル回路網によって生成される信号を補正する。次いで、検証モジュール２０４は、測定回路網によって測定される集約信号（すなわち、モデル回路網および補正回路網からの組み合わせ信号）を分析する。静電容量スパイクが検出される場合、検証モジュール２０４は、ステップ３２４における１つ以上の細胞の特徴の測定の間、予測および補正される典型的な非理想性を超える外乱が、パッチクランプシステム１００内に生じたか、そして依然として存在するかを決定してもよい。そのような場合、細胞の特徴の測定の際に収集されたデータは、無視されてもよい。一方、補正回路網が、依然として、モデル回路網によって導入される非理想性を補正する（例えば、顕著な静電容量スパイクが、測定回路網によって測定される信号内に存在しない）場合、これは、補正回路網によって補正された典型的な非理想性以外、ステップ３２４における１つ以上の細胞の特徴の測定の際、パッチクランプシステム１００内に外乱が存在しなかったことの明白な兆候である。後者の場合、検証モジュール２０４は、ステップ３２４において測定されたデータが正確であることを決定してもよい。

一実施形態では、また、補正回路網の各構成要素１２５、１２６、および１２７に対して、検証モジュール２０４が採用され、それに適用されるそれぞれ第１および第２の較正値を比較して、パッチクランプシステム１００によって導入される非理想性の補正が適切であることを検証する。これは、ステップ３３２時またはその後に、あるいは代替として、ステップ３２０における第２の較正値の決定に続く任意の時点において、生じてもよい。例えば、第１および第２の較正値が、許容量（特定の用途に好適であるように選択されてもよい）を超えて異なる場合、フラグが設定され、その中で予測される（および、モデル回路網によってモデル化される）典型的な非理想性を超えて、パッチクランプシステム内に外乱の可能性があることをオペレータに通知してもよい。そのような外乱は、ステップ３２４において、電気生理学実験の開始前またはそれと同時に是正されてもよい。データが、既に、電気生理学実験から収集されているか、または収集プロセスの最中である場合、そのようなデータを無視し、細胞の特徴の測定を中止し、外乱を是正し、補正回路網を再較正し、および／または電気生理学実験を再開するように決定されてもよい。

別の実施形態では、ステップ３０４において、モデル回路網によって生成される種々の静電容量スパイクの値は、ステップ３１６において、検証モジュール２０４によって、パッチクランプシステム１００内で測定された対応する浮遊容量の値と比較されてもよい。例えば、モデル回路網１１７内の長ケーブルをモデル化するために使用される静電容量の値は、長ケーブル１０７の測定された静電容量と比較されてもよい。一実施形態では、それらの静電容量の比率が、許容量（特定の用途に好適であるように選択されてもよい）を超えて、補正回路網の対応する構成要素較正する際に使用される第１と第２の較正値との比率と異なる場合（例えば、モデル回路網１１７内の長ケーブルをモデル化するために使用される静電容量の値と、長ケーブル１０７の測定された静電容量との比率が、長ケーブル補正回路網１２５を較正する際に使用される第１の較正値と第２の較正値との比率と異なる場合）、再び、フラグが設定され、その中で予測される（および、モデル回路網によってモデル化される）典型的な非理想性を超えて、パッチクランプシステム１００内に外乱の可能性があることをオペレータに通知してもよい。本検証は、検証モジュール２０４によって、ステップ３３２時またはそれに続いて、あるいは代替として、ステップ３２０における第２の較正値の決定に続く任意の時点において、行なわれてもよい。故に、そのような外乱は、ステップ３２４において、電気生理学実験の開始前またはそれと同時に是正されてもよい。データが、既に、電気生理学実験から収集されている、または収集プロセスの最中である場合、そのようなデータを無視し、細胞の特徴の測定を注視し、外乱を是正し、補正回路網を再較正し、および／または電気生理学実験を再開するように決定されてもよい。

（Ｃ．静電容量補正の追加システムおよび方法）
図７は、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量波形を補正するためのサブシステム４００の別の実施形態を示す。図７に示されるサブシステム４００の実施形態は、図５に示されるサブシステム２００の実施形態と同一の全要素を含むが、２つのサブシステム２００、４００の補正回路網は異なる。より具体的には、長ケーブル１０７（すなわち、構成要素１２５）、単一細胞１０９（すなわち、構成要素１２６）、および複数細胞１０９（すなわち、構成要素１２７）によって導入される静電容量スパイクを補正するように構成されたサブシステム２００の個々の構成要素は、サブシステム４００では、複数の異なる静電容量補正回路網４０４によって置換される。本発明の一実施形態では、複数の静電容量補正回路網４０４はそれぞれ、補正波形を出力し、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを補正する。さらに、本明細書に記載されるように、各静電容量補正回路網４０４は、一意の時定数を有してもよい。サブシステム２００と同様に、サブシステム４００は、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を補正するための漏れ抵抗補正回路網１１１と、測定回路網（例えば、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１、ならびに差動増幅器１３１）とを含む。加えて、サブシステム２００と同様に、サブシステム４００は、単一細胞構成から生じる静電容量スパイクと、複数細胞構成から生じる異なる静電容量スパイクの両方を補正可能である。

図７に図示されるように、任意の数の静電容量補正回路網４０４が、パッチクランプシステム１００のサブシステム４００内に存在してもよい。加えて、以下に詳述される方法５００、６００は、任意の数の静電容量補正回路網４０４を採用してもよい。しかしながら、議論を簡潔にするために、以下に詳述される方法５００、６００、および採用される関連アルゴリズム／式は、５つの静電容量補正回路網４０４を使用するものとして説明されるであろう。

また、パッチクランプシステム１００のサブシステム４００は、計算回路４０８を含んでもよい。計算回路４０８は、任意のソフトウェアプログラム（例えば、ソフトウェア１３２内）、ハードウェアデバイス、または本明細書に記載される機能性を達成可能なそれらの組み合わせとして、実装されてもよい。例えば、計算回路４０８は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。代替として、計算回路４０８は、任意の好適なプログラミング言語（例えば、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ｊａｖａ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＬＩＳＰ、ＢＡＳＩＣ、ＰＥＲＬ等）を使用してプログラムされる１つ以上の汎用マイクロプロセッサ（例えば、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐ．によって供給されるＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）マイクロプロセッサのいずれか）であってもよい。

図８および９は、それぞれ、例えば、サブシステム４００を使用するパッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを補正する第１および第２の例示的方法５００、６００を示す。上述のように、これらの方法５００、６００は、５つの静電容量補正回路網４０４を使用するものとして説明されるが、方法５００、６００は、より一般的には、任意の数の静電容量補正回路網４０４を使用してもよい。

最初に、方法５００を参照すると、ステップ５０４では、５つの静電容量補正回路網４０４がそれぞれ調査される。より具体的には、各静電容量補正回路網４０４が刺激され、未調整補正波形（例えば、一貫性増幅率を有する補正波形）を出力してもよい。例えば、図１０を参照すると、第１、第２、第３、第４、および第５静電容量補正回路網４０４が刺激され、それぞれ、未調整補正波形「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、および「ｅ」を出力してもよい。図１０に示されるように、それらの未調整補正波形はそれぞれ、一意の時定数を有してもよい。また、図１０に示されるように、次いで、各未調整補正波形の強度が、例えば、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、サブシステム４００の測定回路網によって測定されてもよい。

方法５００のステップ５０８では、５つの補正回路網４０４がオフ（例えば、サブシステム４００の電圧クランプ増幅器１３０から切断される）の状態で、サブシステム４００の測定回路網は、補正されることになる、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを測定してもよい。より具体的には、図１０に図示されるように、また、サブシステム４００の測定回路網を使用して、例えば、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、静電容量スパイクの強度を測定してもよい。

方法５００のステップ５１２では、計算回路４０８は、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を計算してもよい。上述のように、漏れ抵抗は、例えば、細胞１０９の膜抵抗およびホルダデバイス（または、チップ）１１３と細胞１０９との間のシール抵抗によって、パッチクランプシステム１００内に導入され得る。故に、計算回路４０８は、例えば、テストヘッド１４０におけるそれらの要素全体に印加される刺激電圧をその間を流れる測定された応答電流によって除することによって、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を計算してもよい。

ステップ５１２における漏れ抵抗の計算に続いて、計算回路４０８は、ステップ５１６において、ステップ５０８において行なわれた静電容量スパイクの測定を調整し、パッチクランプシステム１００内の漏れ抵抗が補正される後の時点において、静電容量スパイク内に導入されるであろう仮想ピークを考慮してもよい。より具体的には、図１１に図示されるように、パッチクランプシステム１００内に存在する非理想性は、パッチクランプシステム１００内に、２つの成分：ｉ）パッチクランプシステム１００内に存在する浮遊容量による成分、およびｉｉ）パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵による成分を含む、非理想的波形を導入する。また、図１１に示されるように、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗の補正に続いて、静電容量スパイクが修正され、漏れ抵抗を補正する効果から導入される仮想ピークを反映することが観察されている。一実施形態では、漏れ抵抗は、漏れ抵抗補正回路網１１１の実効抵抗を計算された漏れ抵抗と実質的に整合するように設定し、次いで、漏れ抵抗補正回路網１１１に、テストヘッド１４０に印加される電圧と強度が実質的に等しいが、符号が反対の電圧を印加することによって、補正される。故に、計算回路４０８は、ステップ５０８において行なわれた静電容量スパイクの測定を調整し、本漏れ抵抗補正が、漏れ抵抗が実際に補正される際に、静電容量スパイクに及ぼすであろう最終的影響を考慮してもよい。より具体的には、計算回路４０８は、予測された漏れ抵抗補正波形をステップ５０８において測定された静電容量スパイク波形に追加してもよい。

ステップ５２０では、計算回路４０８は、５つの静電容量補正回路網４０４のそれぞれに対する増幅率調整を計算してもよい。より具体的には、図１２を参照すると、「Ｍａｔｒｉｘ Ｍ」は、例えば、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、ステップ５０４で測定される各未調整補正波形「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、および「ｅ」の強度が投入されてもよい。加えて、「ｋベクトル」は、パッチクランプシステム１００の漏れ抵抗が補正される際に生じる静電容量スパイクに及ぼす影響の調整（ステップ５１６において決定される）を伴って、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、ステップ５０８で測定される静電容量スパイクの強度が投入されてもよい。換言すると、「ｋベクトル」は、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、ステップ５０８で測定された静電容量スパイクの強度に加え、それらの時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において予測される漏れ抵抗補正波形の値が投入されてもよい。次いで、５つの補正回路網（すなわち、「ｇベクトル」の増幅率ｇ_ａ、ｇ_ｂ、ｇ_ｃ、ｇ_ｄ、およびｇ_ｅ）に適用される増幅率調整は、容易に計算され得る。

また、方法５００のステップ５２０では、計算された増幅率ｇ_ａ、ｇ_ｂ、ｇ_ｃ、ｇ_ｄ、およびｇ_ｅは、ステップ５０４において、それぞれ、未調整補正波形「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、および「ｅ」を出力した、５つの静電容量補正回路網４０４に適用されてもよい。次いで、パッチクランプシステム１００内に存在する非理想的な漏れ抵抗および静電容量スパイクは、補正されてもよい。より具体的には、再び、図７を参照すると、漏れ抵抗補正回路網１１１は、波形を出力し、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を補正してもよく、５つの静電容量補正回路網４０４はそれぞれ、増幅率調整補正波形を出力し、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを補正してもよい。

図８に図示されるように、方法５００は、静電容量スパイクおよび漏れ抵抗が、適度に補正されるまで、所望に応じて、任意の回数、ステップ５０８、５１２、５１６、および５２０を反復してもよい。換言すると、方法５００のステップ５０８、５１２、５１６、および５２０の単一通過後、パッチクランプシステム１００の漏れ抵抗による小静電容量スパイクおよび／または成分は、依然として存在し得る（例えば、静電容量補正回路網４０４のために計算された増幅率ｇ_ａ、ｇ_ｂ、ｇ_ｃ、ｇ_ｄ、およびｇ_ｅが、静電容量スパイクを予測するために必要とされる実際の増幅率から若干逸脱するため）。一実施形態では、ステップ５０８、５１２、５１６、および５２０のさらなる反復によって、静電容量スパイクを予測するために必要とされる実際の増幅率により近似する、計算された増幅率ｇ_ａ、ｇ_ｂ、ｇ_ｃ、ｇ_ｄ、およびｇ_ｅをもたらす。

次に、図９に示される方法６００を参照すると、ステップ６０４、６０８、および６１２は、それぞれ、方法５００のステップ５０４、５０８、および５１２に対して上述と同様に実装されてもよい。ステップ６１６では、サブシステム４００の漏れ抵抗補正回路網１１１は、波形を出力し、パッチクランプシステム１００内に存在する漏れ抵抗を補正してもよい。実質的に同時に、５つの補正回路網４０４がオフ（例えば、サブシステム４００の電圧クランプ増幅器１３０から切断された）の状態で、サブシステム４００の測定回路網は、ステップ６２０において、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを再測定してもよい。方法５００のステップ５０８を参照して説明され、図１０に図示されるように、測定回路網は、例えば、時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、およびｔ_４において、静電容量スパイクの強度を特異的に再測定してもよい。次いで、それらの再測定された強度の値は、ステップ６２４において、計算回路によって使用され、図１２に示される「ｋベクトル」を投入してもよい。次いで、方法５００のステップ５２０に対して上述のように、５つの静電容量補正回路網４０４に適用される増幅率調整ｇ_ａ、ｇ_ｂ、ｇ_ｃ、ｇ_ｄ、およびｇ_ｅは、容易に計算され、５つの補正回路網４０４に適用され、パッチクランプシステム１００内の静電容量スパイクは、５つの補正回路網４０４のそれぞれから増幅率調整補正波形を出力することによって補正されてもよい。

再び、方法５００の説明と同様に、方法６００は、パッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクおよび漏れ抵抗が、適度に補正されるまで、所望に応じて、任意の回数、ステップ６０８、６１２、６１６、６２０、および６２４を反復してもよい。

一実施形態では、方法６００の「ｋベクトル」の値は、直接測定される一方、漏れ抵抗が補正されるため、方法６００のステップ６１６および６２０を行なうことによって、方法５００のステップ５１６で決定される「ｋベクトル」よりも正確な「ｋベクトル」をもたらす。対照的に、方法５００の「ｋベクトル」値は、漏れ抵抗の補正が静電容量スパイクに及ぼすと予期される影響に基づいて、予測される。一方、静電容量スパイクが、方法５００では、２回生成および測定される必要がないため、方法５００を行なうステップは、概して、方法６００を行なうステップよりも速い。故に、特定の用途およびパッチクランプシステム１００内に存在する静電容量スパイクを補正する際の速度または精度の必要性に応じて、方法５００または６００のいずれかが、パッチクランプシステム１００内で実装および使用されてもよい。

当業者は、種々の修正および／または追加が、方法５００または方法６００のいずれに行なわれてもよいことを理解するであろう。例えば、静電容量スパイクが、方法５００のステップ５０８（または、方法６００のステップ６０８）において測定された後、５つの静電容量補正回路網４０４によって、ステップ５０４（または、ステップ６０４）において出力されたどの２つの未調整補正波形が、静電容量スパイクに最も近似するかを決定してもよい。次いで、方法５００（または、方法６００）の残りのステップは、縮小され、それら２つの波形を出力する２つの静電容量補正回路網４０４に適用される必要がある増幅率調整のみが決定されてもよく、一実施形態では、次いで、静電容量スパイクを補正するために、それら２つの静電容量補正回路網４０４のみが使用される必要がある。再び、他の３つの静電容量補正回路網の考慮を排除することによって、方法５００（または、方法６００）の完了を加速させる。

（Ｄ．ホルダデバイスの静電容量の判定）
図１３は、図３および４に示されるパッチクランプシステム１００のサブシステム７００を示す。図４および１３を参照すると、一般に、一実施形態では、サブシステム７００が採用され、電気生理学実験において、１つ以上の細胞１０９を保持するために使用されるホルダデバイス（または、チップ）１１３の静電容量を判定する。図示されるように、サブシステム７００は、力増幅器１０１と、既知の値の整合抵抗器１０２と、別個のセンス増幅器１０５と、ソフトウェア１３２等のソフトウェアあるいはＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ等のハードウェア内に実装され得る、判定モジュール７０４とを含む。動作時、スイッチ１０８は、最初、開放され、テストヘッド１４０から電圧クランプ増幅器１３０を切断し、スイッチ１０３および１０４は閉鎖され、長ケーブル１０７はテストヘッド１４０から切断され、接地に接続される。次いで、図１４Ａに示されるように、強度Ｘ_１の刺激（例えば、力波形）が、力増幅器１０１および整合抵抗器１０２を介して、長ケーブル１０７に印加され、刺激に対する応答が、別個のセンス増幅器１０５によって測定され、判定モジュール７０４が、刺激に対する応答の第１のＲＣ時定数（τ_１）を計算する（例えば、応答波形が、ゼロ電圧からその最大強度Ｘ_２に上昇する所要時間を測定することによって）。次いで、第１のＲＣ時定数（τ_１）は、判定モジュール７０４によって、メモリ内に格納されてもよい。

次いで、図１４Ｂに示されるように、長ケーブル１０７は、テストヘッド１４０に再接続され、以前と同一の刺激（例えば、力波形）（すなわち、強度Ｘ_１を有する）が、力増幅器１０１を介して、ホルダデバイス（または、チップ）１１３（その中に沈殿させられる１つ以上の細胞１０９を伴わずに）に印加され、刺激に対する応答が、別個のセンス増幅器１０５によって測定され、デバイス１１３の静電容量が、刺激に対する応答を分析することによって、決定モジュール７０４によって決定される。例えば、決定モジュール７０４は、刺激に対する応答の第２のＲＣ時定数（τ_２）を計算し（例えば、応答波形が、ゼロ電圧からその最大強度Ｘ_３に上昇する所要時間を測定することによって）、そこからデバイス１１３の静電容量を導出してもよい。より具体的には、図１４Ｂを参照すると、整合抵抗器１０２の抵抗Ｒ_１は、印加される刺激の強度Ｘ_１であるので既知である。刺激に対する応答の最大強度Ｘ_３は、センス増幅器１０５によって測定される。故に、デバイス１１３の抵抗Ｒ_２は、決定モジュール７０４によって、デバイス１１３が整合抵抗器１０２とともに形成する分圧器から容易に決定され得る。

Ｒ_２＝Ｒ_１＊Ｘ_３／（Ｘ_１−Ｘ_３）
さらに、刺激に対する応答の第１および第２のＲＣ時定数（τ_１およびτ_２）を計算することによって、決定モジュール７０４は、以下のように、デバイス１１３の静電容量を決定してもよい。

デバイス１１３静電容量＝（τ_２＊（Ｒ_１＋Ｒ_２）／（Ｒ_１＊Ｒ_２））−τ_１／Ｒ_１
当業者に理解されるように、デバイス１１３の静電容量を計算することによって、後述のように、構成要素がパッチクランプシステム１００の補正回路網に追加され、デバイス１１３の静電容量を補正し、それによって、より正確な細胞の特徴の測定をもたらしてもよい。

（Ｅ．細胞の特徴の測定）
図１５は、図３および４に示されるパッチクランプシステム１００のサブシステム８００を示す。図４および１５を参照すると、一般に、一実施形態では、サブシステム８００が採用され、１つ以上の細胞１０９の特徴を決定する。図示されるように、サブシステム８００は、細胞１０９の自然静止電位を測定するように構成される感知回路（例えば、センス増幅器１０５）と、測定された細胞１０９の自然静止電位を格納するように構成されるメモリ８０４（例えば、ハードウェア内かつソフトウェア１３２によってアクセス可能）と、クランプ回路（例えば、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１２９および１４１、ならびに差動増幅器１３１）とを含んでもよい。

図１６は、細胞１０９の特徴を決定するための方法９００の一実施形態を示す。ステップ９０４では、細胞１０９の自然静止電位が測定される。そうするために、スイッチ１０８は、最初、開放され、テストヘッド１４０から電圧クランプ増幅器１３０を切断し、スイッチ１０４が閉鎖され、センス増幅器１０５をテストヘッド１４０に接続する。次いで、テストヘッド１４０のホルダデバイス（または、チップ）１１３内に沈殿させられる細胞１０９の自然静止電位が、センス増幅器１０５を介して測定されてもよい。細胞１０９の自然静止電位は、当業者に理解されるように、活動電位、シナプス電位、またはその膜電位の他の活性変化が存在しない場合に維持されるであろう、その膜電位である。自然静止電位は、概して、細胞１０９膜の両側の溶液１１５、１４３内のイオンの濃度と、細胞１０９膜内のイオン輸送タンパク質とによって決定される。測定された細胞１０９の自然静止電位が、ステップ９０４において測定されると、ステップ９０８において、サブシステム８００のメモリ８０４内に格納されてもよい。

次いで、スイッチ１０４が開放され、センス増幅器１０５をテストヘッド１４０から切断してもよく、スイッチ１０８が閉鎖され、電圧クランプ増幅器１３０をテストヘッド１４０に接続してもよい。ステップ９１２では、クランプ増幅器１３０は、細胞１０９の測定された自然静止電位と実質的に等しい第１の電圧と、測定された細胞１０９の自然静止電位およびステップ電圧の合計と実質的に等しい第２の電圧とを、細胞１０９に交互に印加してもよい（すなわち、ソフトウェア１３２は、コントローラ１３３を採用して、これらの第１と第２の電圧との間で、クランプ増幅器１３０の非反転入力に印加される電圧Ｖ_ｒｅｆを交互に生じさせてもよい）。図１７は、これらの交流電圧の例示的適用の１つを示す。示されるように、異なる（例えば、逓増的）ステップ電圧が、第２の電圧の印加の度に印加されてもよい。第２の電圧の印加の間の第１の電圧の反復印加（図１７の電圧「ｈ」として示される）は、第２の電圧の印加の間、細胞１０９を休息させる役割を果たす。

一実施形態では、ステップ９１６において、クランプ増幅器１３０は、細胞１０９の特徴を測定する。測定された細胞１０９の特徴は、その膜を通して流れる電流であってもよい。一実施形態では、クランプ増幅器１３０は、第２の電圧の印加の度に、細胞の膜電流を測定する。測定された電流は、記録され、後の使用および分析のために、メモリ８０４内に格納されてもよい。

図１５に図示されるように、感知回路およびクランプ回路はそれぞれ、共通単一プローブまたは電極１１０に連結されてもよい。換言すると、単一プローブまたは電極１１０を採用して、細胞１０９の自然静止電位の測定および細胞１０９の特徴の測定の両方を行なってもよい。

方法９００を参照して上述のアプローチは、細胞１０９の自然静止電位の以前の知識を必要としない。むしろ、細胞の自然静止電位が測定される。加えて、細胞の実際の自然静止電位の測定の結果（ある種類の細胞の概算かつ時として不正確な模範値に依存するのではなく）、より正確な実験データ（例えば、細胞の膜電流の測定値）が取得され得る。より具体的には、細胞の自然静止電位の概算も範囲値に依存しないことによって、上述のアプローチは、所与の細胞種の個々の細胞全体の自然静止電位の差異による誤差を回避する。

（Ｆ．漏れ電流補正および直列抵抗（Ｒｓ）補正の平衡化）
一実施形態では、細胞１０９の特徴（例えば、細胞の膜を通して流れる電流）を測定するために、本明細書に記載される方法およびシステムは、図２Ａおよび２Ｂを参照して上述のＲｓ補正（または、図１９および２０を参照して後述のＲｓ補正）等のＲｓ補正、加えて、漏れ抵抗補正（または、漏れ電流補正）を行なう。漏れ電流補正が行なわれ、パッチクランプシステム１００によって導入される漏れ抵抗を補正する一方、細胞１０９の特徴を測定する。

図１８は、漏れ電流補正およびＲｓ補正の両方を行う、パッチクランプシステム１０００の一実施形態を示す。パッチクランプシステム１０００は、パッチクランプシステム１００に対して、図４を参照して上述の要素全部を含んでもよい。図示を容易にするために、モデル回路網の構成要素１１７、１１９、１２０、１２２、および１２３、ならびに補正回路網の構成要素１２５、１２６、および１２７は、図示されないが、当業者に理解されるように、それらは、パッチクランプシステム１０００内に存在し得る。加えて、図１８に図示されるように、パッチクランプシステム１０００は、Ｒｓ補正回路網１００４を含み、電極１１０、逆漏れ補正回路網１００８、電圧／電流変換器１０１２、電流合算器１０１６、および電圧合算器１０２０によって導入される直列抵抗を補正してもよい。Ｒｓ補正回路網１００４は、例えば、図２Ａおよび２Ｂを参照して上述のスケーラ８０として実装されてもよい。加えて、図１８では、スイッチ１４２は、電圧クランプ増幅器１３０の反転入力と出力との間の電流／電圧増幅率抵抗器１４１に接続すると想定される。したがって、スイッチ１４２および電流／電圧増幅率抵抗器１２９は、図１８では図示されない。

一実施形態では、漏れ抵抗補正回路網１１１は、測定回路網（すなわち、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１４１、および差動増幅器１３１）に、第１の補正信号（例えば、補正電流）を印加し、パッチクランプシステム１０００によって導入される漏れ抵抗を補正する。しかしながら、第１の補正信号を測定回路網に印加することは、測定された電極１１０電流に影響を及ぼす。図２Ａおよび２Ｂを参照して上述のＲｓ補正等のＲｓ補正は、測定された電極１１０電流（または、上述のように、細胞１０９の測定された膜電流Ｉｍ）に依存するため、このような漏れ電流補正を行なうことは、さらなる補正がない場合、Ｒｓ補正に干渉する。故に、本明細書に記載される方法およびシステムは、さらに別の補正信号をＲｓ補正回路網１００４に印加することによって、一実施形態では、Ｒｓ補正回路網１００４をさらに補正する。本追加補正信号は、Ｒｓ補正回路網１００４に印加される測定された電極１１０電流（または、上述のように、細胞１０９の測定された膜電流Ｉｍ）から、第１の補正信号のそれに及ぼす影響を除去する。

例示的動作モードの１つでは、刺激（例えば、電圧）が、電極１１０を通して、細胞１０９に印加される。次いで、細胞１０９の特徴、例えば、細胞１０９によって生じる電流が、測定回路網を使用して測定される。より具体的には、図１８を参照すると、電極電流ｉ１が感知される間、漏れ抵抗補正回路網１１１は、測定回路網に第１の補正信号、例えば、電流ｉ２を印加し、パッチクランプシステム１０００によって導入される漏れ抵抗を補正する。そのような漏れ抵抗は、例えば、細胞１０９の膜抵抗Ｒｍおよびホルダデバイス（または、チップ）１１３と細胞１０９との間のシール抵抗Ｒ_Ｌによって、パッチクランプシステム１０００内に導入され得る（また、図２Ｂも参照）。故に、図１８に図示されるように、細胞１０９の測定されたイオン電流は、実際は（ｉ１−ｉ２）であって、すなわち、測定された電極電流ｉ１引く電流ｉ２が測定回路網に印加され、パッチクランプシステム１０００によって導入される漏れ抵抗を補正する。

加えて、細胞１０９によって生じるイオン電流を測定する間、Ｒｓ補正回路網１００４は、測定回路網に、電圧合算器１０２０を通して、第２の補正信号Ｖｃｏｍｐを印加し、電極１１０によって導入される直列抵抗を補正する。一実施形態では、測定回路網に印加される第２の補正信号Ｖｃｏｍｐは、測定された細胞１０９の特徴、例えば、細胞１０９の測定されたオン電流（ｉ１−ｉ２）と、第３の補正信号とに関連する。例えば、一実施形態では、図１８に図示されるように、測定されたイオン電流の負数と実質的に等しい電流（すなわち、−（ｉ１−ｉ２））（電圧／電流変換器１０１２からの出力）および第３の補正信号（例えば、−ｉ２）（逆漏れ補正回路網１００８からの出力）が、電流合算器１０１６を介して、Ｒｓ補正回路網１００４に印加される。そのように、パッチクランプシステム１０００によって導入される漏れ抵抗を補正する際に使用される、第１の補正信号（すなわち、ｉ２）の細胞１０９の測定されたイオン電流（すなわち、ｉ１−ｉ２）に及ぼす影響は、Ｒｓ補正回路網１００４による使用に先立って、そこから除去される。より具体的には、図１８に図示されるように、パッチクランプシステム１０００内に存在する漏れ抵抗補正回路網１１１、逆漏れ補正回路網１００８、および電流合算器１０１６を伴わない場合のように、電流合算器１０１６によって、測定されたイオン電流の負数（すなわち、−（ｉ１−ｉ２））および第３の補正信号（例えば、−ｉ２）の追加後、電極電流の負数（すなわち、−ｉ１）のみ、Ｒｓ補正を行なう際、Ｒｓ補正回路網１００４によって考慮される。したがって、本発明の一実施形態によると、漏れ電流補正は、Ｒｓ補正回路網１００４によって行なわれるＲｓ補正に干渉せずに、漏れ抵抗補正回路網１１１によって行なわれ得る。

（Ｇ．直列抵抗（Ｒｓ）補正）
図１９は、電気生理学実験において、細胞１０９のうちの１つ以上等の被検体の特徴を測定する際に使用される、電極１１０等のデバイスの直列抵抗を補正するためのシステム１１００の一実施形態を示す。図示されるように、システム１１００は、上述のように、クランプ回路１１０５を含んでもよい（すなわち、電圧クランプ増幅器１３０、電流／電圧増幅率抵抗器１４１、および差動増幅器１３１）。クランプ回路１１０５は、当業者に理解されるように、感知電極１１０を介して、細胞１０９に刺激（すなわち、Ｖｃ'と実
質的に等しい電圧）を印加し、細胞１０９の特徴、すなわち電流ｉを測定する。

一実施形態では、感知電極１１０の直列抵抗Ｒｓを補正するために、システム１１００は、測定された電流ｉの縮尺バージョンを提供するためのスケーラ１１１５と、クランプ回路の入力１１０５（すなわち、電圧クランプ増幅器１３０の非反転入力端子）に連結される出力を有する演算増幅器１１１０と、減算器１１２０と、をさらに含む。

一実施形態では、図示されるように、スケーラ１１１５の増幅率は、Ｒｓ／Ｒｆと等しくなるように選択され、ここで、Ｒｓは、感知電極１１０の直列抵抗の値であって、Ｒｆは、電流／電圧増幅率抵抗器１４１の抵抗の値である。そのように、クランプ回路１１０５の出力は、ｉＲｆであるため、スケーラ１１１５からの出力（したがって、減算器１１２０の負端子への入力）は、その直列抵抗Ｒｓによる感知電極１１０の電圧降下に等しいｉＲｓである。

図１９にさらに示されるように、減算器１１２０の使用を介して、演算増幅器１１１０の反転端子への入力は、演算増幅器１１１０の出力から、前述のように、細胞１０９の測定された電流ｉに比例する信号であるスケーラ１１１５からの出力を引いたものと実質的に等しい。しかしながら、また、演算増幅器１１１０の出力は、電圧クランプ増幅器１３０の非反転入力に連結され、当業者に理解されるように、電圧クランプ増幅器１３０の２つの入力端子は、潜在的に、互いに追跡するため、減算器１１２０の正端子への入力は、電極電圧Ｖｐと実質的に等しく、したがって、演算増幅器１１１０の反転端子への入力は、Ｖｐ−ｉＲｓである。

しかしながら、図２Ｂに戻って参照すると、Ｖｐ−ｉＲｓは、細胞１０９の膜電圧Ｖｍと等しいことが容易に分かる。したがって、演算増幅器１１１０の反転端子への入力は、細胞１０９の膜電圧Ｖｍである。演算増幅器１１１０の非反転端子への入力は、コマンド電圧Ｖｃであって、当業者に理解されるように、演算増幅器の２つの入力端子は、潜在的に、互いに追跡するため、演算増幅器１１１０は、細胞１０９の膜電圧ＶｍをＶｃと等しく維持しようと試みるであろう。したがって、図１９に示されるシステム１１００を採用することによって、細胞１０９の膜電圧Ｖｍをコマンド電圧Ｖｃにクランプしてもよい。加えて、システム１１００の内部フィードバックループ１１２５は、負数であるため、システム１１００の安定性が保証される。故に、システム１１００は、感知電極１１０内の望ましくない直列抵抗Ｒｓの実質的に完全（すなわち、１００％）補正を提供可能である。

図２０に図示されるように、システム１１００は、パッチクランプシステム１２００内で採用され、プローブまたは電極等の測定デバイス１１０にＲｓ補正を提供してもよい。加えて、図示されるように、システム１１００によって提供されるＲｓ補正は、図１８を参照して上述のように、漏れ抵抗補正回路網１１１によって提供される漏れ電流補正と関連して、利用されてもよい。

本発明のある実施形態が上述された。しかしながら、本発明は、それらの実施形態に制限されるものではなく、本明細書に明示的記載されたものに対する追加および修正もまた、本発明の範囲内に含められることが意図されることを明示的に留意されたい。さらに、本明細書に記載される種々の実施形態の特色は、相互に排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列が明示的に表現されていない場合であっても、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、そのような組み合わせおよび順列で存在可能であることを理解されたい。実際、本明細書に記載されるものの変形、修正、および他の実装は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には想起されるであろう。したがって、本発明は、先行する例証的説明によってのみ定義されるものではない。

Claims (42)

1. 電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するための方法であって、
   少なくとも１つの第１の較正値によって、該パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するモデル回路網によって導入される非理想性を補正するために、補正回路網を較正することと、
   少なくとも１つの細胞の特徴を測定することと、その一方で、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正するために、少なくとも１つの第２の較正値によって再較正される補正回路網を採用することと、
   該特徴を測定することに続いて、該少なくとも１つの第１の較正値によってさらに再較正される該補正回路網が、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正することを検証することと
   を包含する、方法。
2. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、前記モデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、請求項１に記載の方法。
3. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、請求項２に記載の方法。
4. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、請求項２に記載の方法。
5. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、複数細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正する、請求項２に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの第１の較正値によって前記補正回路網を較正するステップに先立って、前記モデル回路網を有効化することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って、前記モデル回路網を無効化することをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに続いて、前記モデル回路網を再有効化することをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
9. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って再較正され、前記パッチクランプシステムによって導入される浮遊容量を補正する、請求項１に記載の方法。
10. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、請求項９に記載の方法。
11. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の単一細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、請求項９に記載の方法。
12. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正され、前記パッチクランプシステム内の複数細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正する、請求項９に記載の方法。
13. 前記補正回路網は、前記少なくとも１つの第２の較正値によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って再較正され、前記パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正する、請求項１に記載の方法。
14. 前記パッチクランプシステム内の少なくとも１つの構成要素によって導入される浮遊容量を測定することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの構成要素は、長ケーブルを備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの構成要素は、単一細胞と直列の長ケーブルを備える、請求項１４に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの構成要素は、複数細胞と直列の長ケーブルを備える、請求項１４に記載の方法。
18. 前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するために、前記測定された浮遊容量を前記モデル回路網によってモデル化される静電容量と比較することをさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
19. 前記測定された浮遊容量が、前記モデル回路網によってモデル化される静電容量から所定量を超えて異なる場合には、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することを中止することをさらに包含する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するために、前記第１と第２の較正値とを比較することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの細胞の前記測定された特徴は、電流である、請求項１に記載の方法。
22. 前記補正回路網が、前記少なくとも１つの第２の較正値によって再較正された後に、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することにおいて採用される、増幅器のゲインを増加させることをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
23. 電気生理学実験において使用されるパッチクランプシステムを補正するためのサブシステムであって、
    該パッチクランプシステムの少なくとも一部をモデル化するように構成される、モデル回路網と、
    非理想性を補正するための補正回路網であって、該補正回路網は、少なくとも１つの第１の較正値によって較正され、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正し、かつ、少なくとも１つの第２の較正値によって較正され、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正する、ように構成される、補正回路網と、
    少なくとも１つの細胞の特徴を測定し、その一方で、該補正回路網から入力を受信し、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性を補正するように構成される、測定回路網と、
    該特徴の測定に続いて、該少なくとも１つの第１の較正値によって再較正される補正回路網が、該モデル回路網によって導入される非理想性を補正することを、検証するように構成される、検証モジュールと
    を備える、サブシステム。
24. 前記補正回路網は、前記モデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
25. 前記補正回路網は、長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項２４に記載のサブシステム。
26. 前記補正回路網は、単一細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項２４に記載のサブシステム。
27. 前記補正回路網は、複数細胞と直列の長ケーブルのモデル回路網によって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項２４に記載のサブシステム。
28. 前記モデル回路網は、前記少なくとも１つの第１の較正値によって前記補正回路網を較正することに先立って、有効化されるようにさらに構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
29. 前記モデル回路網は、前記測定回路網によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに先立って、無効化されるようにさらに構成される、請求項２８に記載のサブシステム。
30. 前記モデル回路網は、前記測定回路網によって前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することに続いて、再有効化されるようにさらに構成される、請求項２９に記載のサブシステム。
31. 前記補正回路網は、前記パッチクランプシステムによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
32. 前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項３１に記載のサブシステム。
33. 前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の単一細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項３１に記載のサブシステム。
34. 前記補正回路網は、前記パッチクランプシステム内の複数細胞と直列の長ケーブルによって導入される浮遊容量を補正するために、較正されるように構成される、請求項３１に記載のサブシステム。
35. 前記補正回路網は、前記パッチクランプシステムによって導入される漏れ抵抗を補正するために、較正されるように構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
36. 前記検証モジュールは、前記パッチクランプシステムから測定された浮遊容量値を前記モデル回路網によってモデル化された静電容量値と比較して、該パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するようにさらに構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
37. 前記測定された浮遊容量値が、前記モデル回路網によってモデル化される静電容量値から所定量を超えて異なる場合には、前記測定回路網は、前記少なくとも１つの細胞の前記特徴を測定することを中止するようにさらに構成される、請求項３６に記載のサブシステム。
38. 前記検証モジュールは、前記第１と第２の較正値とを比較して、前記パッチクランプシステムによって導入される非理想性に対する補正を検証するようにさらに構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
39. 前記少なくとも１つの細胞の前記測定された特徴は、電流である、請求項２３に記載のサブシステム。
40. 前記測定回路網は、ゲインを有する増幅器を備え、該ゲインは、前記補正回路網が前記少なくとも１つの第２の較正値によって較正された後に、増加されるように構成される、請求項２３に記載のサブシステム。
41. 前記サブシステムは、テストヘッド、主増幅器、およびその間に長ケーブルを備えるパッチクランプシステムと併用されるように適合され、前記モデル回路網、前記補正回路網、および前記測定回路網は、すべて該主増幅器内に配置される、請求項２３に記載のサブシステム。
42. 前記主増幅器の中に超低静電容量スイッチをさらに備える、請求項４１に記載のサブシステム。