SU1520092A1 - Устройство дл регистрации макроскопических токов через участок наружной мембраны клетки или изолированного органоида - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к физиологии клетки, а более конкретно к устройствам исследовани  клеточных мембран преимущественно растительного происхождени . Цель изобретени  - повышение точности регистрации токов за счет компенсации паразитных параметров микропипетки - достигаетс  за счет введени  повторител , дополнительного электрода, двух переключателей и двух калибровочных резисторов. Эти узлы позвол ют подготавливать устройство к работе без прикосновени  к мембране клетки, что гарантирует отсутствие возникновени  стрессовой проводимости мембраны. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к физиологии клетки, а более конкретно к .устройствам исследовани  клеточных мембран , преимущественно, растительного происхождени .

Цель изобретени  - повышение точности регистрации токов за счет компенсации паразитных параметров микропипетки .

На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  регистрации макроскопических токов через участок наружной мембраны клетки или изолированного органоида.

Устройство дл  регистрации макроскопических токов через участок наружной мембраны клетки или изолированного органоида содержит два операционных усилител  1 и 2, три резистора 3-5, два конденсатора 6 и 7,

усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усилени , два переменных резистора 9 и 10, общую шину, стекл нную микропипетку 11, заполненную раствором с двум  электродами 12 и 13 в ней, один из которых подключен к первому входу операционного усилител  1, второй последовательно через резистор 3 - к вых оду операционного усилител  1, второй вход и выход которого соединены через резистор , а между входами его последовательно через конденсатор 6 подключен усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усилени , второй вход операционного усилител  1 и первый вход операционного усилител  2 соединены через переменный резистор 9, а первый вход и выход операционного усилител  2 - через параллельно соединенные конденсл to

со

tsD

315

сатор 7 и резистор 5. Кроме того, устройство снабжено повторителем 1 ), дополнительным электродом 15, двум  переключател ми 1б и 17 и двум  калибровочными резисторами l8 и 19. Одна клемма переключател  1б и повторитель Н подключены к дополнительному электроду 15, втора  клемма этого переключател  соединена с первым калибровочным резистором l8, перва   клемма переключател  17 св зана с первым входом операционного усилител  2, к второй и третьей клеммам которого подключены соответственно второй калибровочный резистор 19 и переменный резистор 10, а треть  клемма переключател  16 и остальные выводы переменного резистора 10 и калибровочных резисторов 18 и 19 - к общей шине. Усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усилени  с последовательно включенным конденсатором 6 предназначены дл  компенсации паразитной емкости микропипетки 11. Переменные резисторы 9 и 10 служат соответственно дл  компенсации последовательного сопротивлени  микропипетки 11 и сопротивлени  утечки в зоне контакта микропипетки 11 с мемб раной клетки или органоида. К дополнительному электроду 15 подключен повторитель lA с большим входным сопротивлением и служит дл  контрол  точности компенсациипаразитных параметров микропипетки 11. Переключатели 1б и 17 предназначены соответственно дл  подключени  -калиброванного резистора. 18, имитирующего утечку в зоне контакта калиброванного ре- зистора 19 - точно компенсирующего эту искусственно введенную утечку.

Дл  устойчивой работы устройства необходимо выполнение услови , при котором глубина ООС операционного усилител  1 больше или равна глубине ПОС, в противном случае операционный усилитель 1 возбуждаетс  и амплитуда возбуждени  от пика до пика определ етс  номиналами питающих напр жений и типом операционного усилител . При работе с известным устройством это возбуждение при прикосновении к мембране клеток растительного происхождени  приводит к

по влению стрессовой проводимости. Глубина ООС определ етс  делителем, состо щим из резистора 3 (0 и последовательного сопротивлени  микро Q Q

c

5

пипетки 11 (R.wn), глубина ППС ре- зистором h (Н2) и значением переменного резистора 9 (ИЗ) Лл  обеспечени  устойчивости, таким образом, требуетс  выполнение соотношени 

М

3

На операционном усилителе 2 выполнен дифференциальный усилитель, одновременно  вл ющийс  измерителем тока. Неинвертирующий вход операционного усилител  2  вл етс  входом устройства и операционный усилитель

2за счет наличи  обратной св зи на своем инвёртирую1цем входе поддерживает уровень напр жени  поданного

на вход устройства. На неинвертирующий вход операционного усилител  1 подаетс  напр жение через делитель, образованный резисторами 9 и 4, что вызывает протекание тока по цепи ПОС и ООС операционного усилител  1, причем протекающие токи обратно пропорциональны сопротивлени м резисторов обратной св зи

(ООС) R2

Тпбс) iT

Это означает, что при равенстве глубины ООС и ПОС на кончике микропи- петки 11 поддерживаетс  напр жение, присутствующее на неинвертирующем входе операционного усилител  2, которое поддерживаетс  равным напр жению на входе устройства.

Таким образом обеспечиваетс  фиксаци  напр жени  на участке мембраны при проведении регистрации тока.

Ток, текущий через микропипетку 11, целиком протекает через резистор

3обратной св зи, при этом хлорсереб- р ный электрод 12 служит дл  соединени  двух типов проводников - раствора в пипетке с ионной проводимостью и элементов схемы с электронной проводимостью . Хлорсеребр ный электрод 13  вл етс  электродом сравнени  операционного усилител  1, через этот электрод отсутствует прохождение тока вследствие очень большого входного сопротивлени  операционного усилител  1. Назначение электрода 13 - передача на инвертирующий вход операционного усилител  1 напр жени  в микропипетке 11. При использовании дл  этой цели электрода 1 может по витьс  погрешность, св занна  с эффектами пол ризации этого электрода

515200926

при длительном прохождении тока через кой: резистор 5 (R3) и конденсатор 7

(С2)

него.

Ток, проход щий через резистор 3 представл ет из себ  сумму токов утечки через сопротивление утечки в зоне контакта микропипетки 11 с мембраной и собственно тока, проход щего через участок мембраны, наход щийс  под микропипеткой 11, который состоит из тока утечки мембраны, св занного с н.еспец)Лфичной проводимостью, и тока, св занного с активизацией ионных каналов мембраны,.

При работе с устройством осуществл етс  компенсаци  токов утечки через сопротивление утечки в зоне контакта и тока утечки собственно через мембрану. Дл  осуществлени  компенсации используетс  тестовый сигнал переменной частоты малой амплитуды, не вызывающий активизации ионных каналов , при этом устройство регистрирует только ток утечки через сопротивление утечки в зоне контакта и ток утечки через участок мембраны. Дл  компенсации токов утечек используетс  переменный резистор 10. Компенсаци  осуществл етс  путем отвода из текущего в цепи ПОС через резистор 4 (R5) тока, который пропорционален току, проход щему через микропипетку , и тока, пропорционального току утечки. Дл  обеспечени  этого должно выполн тьс  условие

. R1

R2 R5

где RUT эквивалентное сопротивление утечки.

При обеспечении этого услови  измеритель тока на операционном усилителе 2 регистрирует ток, который пропорционален току через участок мембраны

и

вых

-I .S.R

-im R2

где и jbix напр жение на выходе А2; 1„- ток, протекающий через

участок мембраны,

откуда может быть получено собственно значение тока

Ujb,«-R2 7

Дл  обеспечени  уменьшени  уровн  высокочастотных шумов используетс  конденсатор 7 который задает частоту среза фильтра, образованного цепоч (С2)

f

27R3 C2

5

Переключатели 1б и 17 и калиброванные резисторы 18 и 19 предназначены дл  осуществлени  компенсации па0 разитных параметров микропипетки 11 при подготовке устройства к работе.

Подготовка устройства к работе осуществл етс  следующим образом.

Микропипетка 11, заполн ема  раствором , вводитс  в раствор, где находитс  электрод 15. Переключатели 16 и 17 перевод тс  в правое положение по схеме, при этом обеспечиваетс  подключение резисторов 18 и 19. На

0 вход устройства Вход подаетс  тестовый сигнал переменной частоты с известной амплитудой, например пр моугольной или треугольной формы. После этого контролируетс  сигнал на выхо5 де повторител  1. При наличии возбуждени  изменением сопротивлени  резистора 9 добиваютс  исчезновени  возбуждени , затем регулировкой коэффициента усилени  усилител  8 до0 биваютс , чтобы форма сигнала на выходе Вых. 2 совпадала с формой сигнала , поданного на вход устройства Вход. После этого, путем регулировки сопротивлени  переменного резисто- ра 9 и корректировки коэффициента усилени  усилител  8, добиваютс  совпадени  формы и амплитуды сигнала на выходе Вых. 2 с сигналом, поданным на вход устройства Вход. На этом

- завершаетс  компенсаци  паразитных параметров микропипетки 11. При выполнении этой процедуры резистор 18 имитирует искусственную утечку, сопротивление резистора 1б выбирают сравнимым с сопротивлением утечки в предсто щих исследовани х. Сопротивление резистора 19 (Р7) определ етс  из соотношени 

RJI R2

R6 R7

R7

R6 R2 ЙГ

55

После выполнени  описанной процедуры гарантируетс  отсутствие возбуждени  операционного усилител  1 при проведении регистрации.

Дл  проведени  регистрации микропипетку 1 1 подвод т к мембране, на вход устройства Вход подают сигнал малой амплитуды, не вызывающий акти m

7152

вации ионных каналов данного объекта После этого переключатели 16 и 17 перевод т в левое по схеме положение и, контролиру  сигнал на выходе устройства Вых. 1, измен   сопротивление резистора 10 (R5), добиваютс  исчезновени  сигнала на выходе Вых. 1. На этом заканчиваетс  этап компенсации сопротивлени  утечки, устройство готово к работе и в объекте , через участок мембраны которого требуетс  регистрировать ток, отсутствует стрессова  проводимость. На вход устройства Вход можно подавать сигнал, который поддерживаетс  на участке мембраны и регистрирует ток через участок мембраны под микропипеткой 11, который определ етс 

Ue,b,i. R2

R3

где и g,, - напр жение на выходе устройства Вых. 1.

Claims (1)

1. Использование новых элементов: резисторов 18 и 19, переключателей 1б и 17, и изменение вследствие этого методики подготовки устройства к работе выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позвол ет осуществить подготовку устройства к работе без прикосновени  микропйпетки к мембране исследуемого объекта, что предотвращает возможность возникновени  стрессовой проводимости мембраны исследуемого объекта и позвол ет применить предлагаемое устройство к большому классу малоизученных , в плане работы и физиологической роли ионных каналов, объектов растительного происхождени , а также увеличивает производительность устройства , так как предлагаемое устройство позвол ет одновременно выполн т подготовку объекта и устройства. Формула изобрет ени  Устройство дл  регистрации макроскопических токов через участок на

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   8

   ружной мембраны клетки или изолированного органоида, содержащее два операционных усилител , три резистора , два конденсатора, усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , два переменных резистора, общую шину, стекл нную микропипетку, заполненную раствором с двум  электродами в ней, один из которых подключен к первому входу первого операционного усилител , второй последовательно через первый резистор - к выходу первого операционного усилител , второй вход и выход которого соединены через второй резистор, а между входами его последовательно через первый конденсатор подключен усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , второй вход первого и первый вход второго операционных усилителей соединены через первый переменный резистор , первый вход и выход второго операционного усилител  соединены через параллельно соединенные второй кон-- денсатор и третий резистор, о т л и- чающеес  тем, что, с целью повышени  точности регистрации за счет компенсации паразитных параметров микропипетки, оно снабжено повторителем , дополнительным электродом, двум  переключател ми и двум  калибровочными резисторами, одна клемма первого переключател  и повторитель подключены к дополнительному электроду , втора  клемма этого переключател  соединена с первым калибровочным резистором, перва  клемма второго переключател  св зана с первым входом второго операционного усилител , к второй и первой клеммам которого подключены соответственно второй калибровочный и второй переменный резисторы, а треть  клемма первого переключател  и остальные выводы второго переменного и калибровочных резисторов - к общей шине.

   Вых. 1

   0 Вход