Устройство для электрофизиологического исследования биологических объектов Советский патент 1990 года по МПК C12M1/00 

Изобретение относится к электро- }изиапогии и может быть использовано для измерения электрических параметров растительных и животных клеток, тканей и органов.

Целью изобретения является повышение точности, повышение технологичности процесса измерений и расширение класса исследуемых объектов.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - корпус с патрубками, на фиг.З - сечение А-А на фиг.2.

Устройство состоит из корпуса 1 и микроманипулятора 2 с зажимом 3 для фиксации биологического объекта 4. Корпус и микроманипупятор установлены на станине 5. В корпусе выполнены канал 6 для экспериментального раствора и канал 7 для изолирующего -раствора. Каналы 6 и 7 разделены перегородкой 8, в которой выполнена в виде отверстия полость 9 для биологического объекта. В каналах 6 и 7 над зонами, примыкаюищми к полости для биологического объекта, установлены покровные стекла 10 и 11, а днища 12 и 13 каналов выполнены из оптически прозрачного материала. В стенке 14 канала для экспериментального раствора выполнен паз 15 дпя ввода микроинструментов, Для обеспечения протока растворов в канале 6 установлены патрубки 16

р У1

ч

И 17 подачи и отсоса экспериментального раствора, а в канале 7 - патрубки 18 и 19 подачи и отсоса изолирующего раствора, Патрубки отсоса установлены так, что входное отверстие 20 патрубка отсоса изолирующего раствора расположено выше, чем входное отверстие 21 патрубка отсоса экспе- |риментального раствора. : Устройство работает следующим об- ;разом.

Через патрубок 16 в канал 6 поддают экспериментальный раствор. В патрубке 17 отсоса создают разрежение, в результате чего через входное отверстие 21 патрубка 17 экспериментальный раствор отсасывается из канала 6, Из паза 15 раствор-не .вытека ,ет, поскольку удерживается в канале |силами поверхностного,натяжения. Та- |ким образом, осуществляется непрерыв :ный проток экспериментального раст- :вора через канал 6. Аналогично через :патрубки 18 и 19 подачи и отсоса осу |ществляется проток изолирующего раст :вора. Система подачи и отсоса экспе- :риментального раствора электрически изолирована от системы подачи и от- icoca изолирующего раствора. Электри- ческий контакт между эксперименталь- :ным раствором и изолирующим раство- :ром осуществляется только через по- :Лость 9, Изолирующий ргютвор харак- теризуется низкой удельной электро- ;проводностью и представляет собой, I например, раствор сахарозы в деиони- Iзированной воде.

i Для надежной работы устройства объемные расходы жидкостно-воздушной смеси через патрубки 17 и 19 отсоса должны превышать соответствующие объемные расходы растворов через пат рубки 16 и 18 пода чи. В этом случае уровень изолирующего раствора в канале 7 соответствует уровню входного отверстия 20 патрубка 19. Аналогично уровень экспериментального вора в канале 6 соответствует уровню входного отверстия 21 патрубка 17 Поскольку входное отверстие 20 расположено Bbmie, чем входное отверстие 21, то и уровень изолирующего раствора в канале 7 вьппе, чем уровень экспериментального раствора в канале 6, I Вследствие этого под действием гидростатического давления через полость 9 протекает изолируюцщй раствор из канала 7 для изолирующего р.аствора

10

15

го

25

30

35

40

45

50

55

в канал 6 для экспериментального раствора .

.Биологический объект 4, например корень с корневыми волосками, -закрепляют в зажиме 3, затем с помощью микроманипулятора 2 вводят в канал 7 для изолирующего раствора. Последующие перемещения биологического объекта осуществляют посредством микроманипулятора 3 и контролируют под микроскопом через покровное стекло 11, а затем и через покровное стекло 10. Освещение биологического объекта для наблюдения под микроскопом может осуществляться с использованием конденсора микроскопа через оптически прозрачные днища 12 и 13 каналов. Перемещая объект 4 с помощью микроманипулятора , часть объекта, например корневой волосок, вводят в полость для биологического объекта так, что исследуемая зона объекта, например апикальная часть корневого волоска, находится в канале 6 для экспериментального раствора, а остальная часть объекта находится в канале 7 для изолирующего раствора. В таком положении и производят элект- рофизиологическиё исследования. При этом через зазор между биологическим объектом и стенками полости 9 протекает изолирующий раствор с .высоким удельным сопротивлением. Эта утечка вызывает некоторое разбавление экспериментального раствора. Поэтому скорость протока экспериментального раствора в канале 6 выбирают в зависимости от требуемой точности поддержания постоянной концентрации этого раствора.

При электрофизиологическом исследовании измеряют разность электрических потенциалов и другие электрические параметры, например импеданс, между экспериментальным раствором в канале 6 и изолирующим раствором в канале 7. Если электрическое сопротивление утечки между каналами в зязоре мелсцу биологическим объектом и стенками полости 9 достаточно велико, то разность электрических потенциалов и импеданс, измеренные между растворами в каналах 6 и 7, определяются только электрическими характеристика1 ш биологического объекта и не зависят от сопротивления утечки. В более общем случае повы- 1шние Бе,1ичины и стабильности сопро

тивления утечки повышает точность и воспроизводимость результатов измерения разности электрических потенциалов, генерируемых биологическим объектом, и других его электрикески характеристик, например импеданса. Таким образом, точность и воспроиз- водимость результатов электрофизиоло . измерений зависят от величин и стабильности сопротивления утечки в зазоре между биологическим объектом и стенками полости 9.

Устройство может быть использовано для исследования влияния состава экспериментального раствора на электрофизиологические характеристики исследуемой зоны биологического объекта (например, апикальной части корневого волоска), находящейся в канале 6 для экспериментального раствора. Без применения микроэлектродов можно измерить относительные изменения этих характеристик при смене экспериментального раствора в канале 6. Если в биологический объект, например в цитоплазму апикальной части корневого волоска, ввести ми1 роэлек- трод. через паз 15- и измерить этим микроэлектродом потенциал относи- тельно экспериментального раствора, то в зтом случае можно измерить и абсолютные значения электрофизиологических параметров для исследуемой зоны биологического объекта. Токовое воздействие на биологический объект и в этом случае осуществляют, пропуская электрический ток между каналами 6 и 7.

Величина сопротивления утечки в зазоре между стенками полости 9 и биологическим объектом и стабильность этого сопротивления, а следовательно, и зависящие от них точность и воспроизводимость результа- тов электрофизиологических измерений повьшаются за счет того, что в силу взаимного расположения полости 9 и патрубков i7 и 19 отсоса через данный зазор под действием сил гид- ростатического давления всегда гарантировано протекает изолирующий раствор с высоким удельным сопротивлением. Вследствие этого, сопротивление утечки практически не зависит от удельного сопротивления экспериментального раствора. Полость для данного биологического объекта всегда может быть выполнена такой, чтобы

16)5171

,о

)5 20 25 ЗО

П с

5

уменьшить зазор до величины, которая определяется требуемой точностью измерений. Использование микроманипулятора обеспечивает возможность введения в полость мелких биологических объектов даже в тех случаях, когда зазор между стенкой полости и биологическим объектом должен быть минимален, исходя из требуемой точности измерений.

Поскольку зазор может быть выполнен достаточно малым, а удельное сопротивление изолирующего раствора велико, то требуемая величина сопротивления утечки может быть достигнута в полости достаточно малой длины, что дает возможность исследовать короткие объекты. По результатам лабораторных испытаний сопротивление утечки в зазоре между биологическим объектом и стенками полости длиной 0,5 мм составляет около 250 МОм, что приблизительно в 10 раз превышает аналогичный параметр для прототипа, где патрубки отсоса экспериментального и изолирующего растворов находятся на одном уровне, а полость-выполнена в виде щели с дополнительным заполнением зазора смазкой. В качестве объекта измерения в этих экспериментах используют корневой ВШ10СОК водного растения.

Устройство позволяет исследовать растительные объекты, поскольку цел- лкхпозная оболочка объекта в полости постоянно омывается изолирующим раствором, что повышает ее электрическое сопротивление.

Наличие покровных стекол и прозрачных днищ каналов значительно облегчает микроманипулирование, снижает- вероятность травмирования объекта при введении его в полость и позволяет визуально с использованием микроскопа контролировать состояние биологического объекта в ходе эксперимента. Наличие паза для ввода микроинструмента позволяет использовать в исследованиях микроинструмент, например ми кр о Электр оды, что сущест- венно расширяет функциональные -возможности устройства.

Формула изобретения 1. Устройство для .электрофизиологического исследования биологических объектов, состоящее из корпуса с каналами для экспериментального и изолирующего растворов, разделенными ггерегородкой с полостью для биологического объекта, соединяющей ка- н|алы, патрубков подачи и отсоса э сспериментального и изолирующего растворов, отличающееся тем, что, с целью повышения точнос- Т1, технологичности процесса измерений и расширения класса исследуе- 1,1х объектов, оно дополнительно соержит микроманипул.ятор с зажимом и сЬнину, корпус, и микроманипулятор установлены на станине, при этом (|элость для биологического объекта асположена ниже уровня входного тверстия патрубка отсоса экспери- е|нтального раствора, которое рас1615171

по па во

5 ч же же ны

10 РУ ка из л

15 ст ра гич наз инс

8

положено ниже входного отверстия патрубка отсоса изолирующего раствора .

2. Устройство, по n.t, отличающееся тем, что оно снабжено покровными стеклами, расположенными в каналах на уровнях входных отверстий соответствующих патРУбков отсоса и параллельно днищам каналов, а днища каналов выполнены из оптически прозрачного материала. 3. Устройство по ПП.1 и 2, о т- личающееся тем, что в.

стенке канала для экспериментального раствора напротив полости для биологического объекта выполнен паз,предназначенный для ввода в канал микроинструмента.

Изобретение относится к электрофизиологии и может быть использовано для измерения электрических параметров растительных и животных клеток, тканей, органов. Цель изобретения - повышение точности, повышение технологичности процесса измерений и расширение класса исследуемых объектов. Устройство состоит из корпуса с каналами для растворов, разделенных перегородкой, соединяющей каналы с полостью для объекта, патрубков подачи и отсоса раствора. Корпус установлен на станине, снабженной микроманипулятором с зажимом для объекта. Полость выполнена в виде отверстия в перегородке между каналами, что позволяет исследовать мелкие биологические объекты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг, 1

1917