[實用新型]基于掃描探針顯微鏡技術(shù)的高分辨率膜片鉗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920250660.X
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN201654064U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張彥軍
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米技術(shù)與工程研究院
• 主分類號: G01Q60/44
• 分類號: G01Q60/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本實用新型屬于生物用膜片鉗技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于掃描納米玻璃探針顯微鏡技術(shù)的探測活體細胞膜表面離子通道活性的高分辨率膜片鉗技術(shù)，即一種基于掃描探針顯微鏡技術(shù)的高分辨率膜片鉗裝置。

(二)背景技術(shù)：

電生理學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展從一開始就與電子儀器的革新與進步緊密相連，儀器設(shè)備靈敏度和分辨率的提高為深入探知生物電本質(zhì)創(chuàng)造了條件。1976年德國馬普研究所的Erwin?Neher和Bert?Sakmann博士創(chuàng)建膜片鉗技術(shù)(patch-clamp?techniques)以來，它給電生理學(xué)和細胞生物學(xué)的發(fā)展乃至整個生物學(xué)研究帶來了一場革命，人們因此對離子通道本質(zhì)的認(rèn)識有了一個質(zhì)的飛躍。這一偉大的貢獻使Neher和Sakmann獲得了1991年度的諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎。膜片鉗技術(shù)的發(fā)展對離子通道的功能及細胞功能的調(diào)控研究起到了巨大的推動作用，其為闡明離子通道病的發(fā)病機理并探索治療的新途徑提供了有效的研究方法。然而，任何技術(shù)與方法都不是盡善盡美的，膜片鉗技術(shù)自發(fā)明伊始就從未停止過被改進和完善。根據(jù)特定的試驗條件又發(fā)展出了多種模式的膜片鉗技術(shù)，從而保證了該技術(shù)可用于多種細胞功能的研究。現(xiàn)在，每年都有數(shù)千篇膜片鉗技術(shù)方法及其應(yīng)用方面的文獻報道，該技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域里的廣泛應(yīng)用已成為現(xiàn)代生物學(xué)的主要內(nèi)容之一。大量的膜片鉗技術(shù)研究結(jié)果表明：大量的膜片鉗技術(shù)研究結(jié)果表明：細胞膜的離子通道并不是均一分布的，而是通常分布在細胞表面的微觀結(jié)構(gòu)中，離子通道的這種分布方式與細胞生理功能緊密相連。如具有保鈉排鉀功能的腎上皮細胞，其特異性咪吡嗪敏感的上皮細胞Na⁺通道和電壓敏感型K⁺通道多分布在約100納米大小的微絨毛上。離子通道與細胞表面亞細胞微觀結(jié)構(gòu)及其生理功能緊密相關(guān)的現(xiàn)實，向傳統(tǒng)的膜片鉗技術(shù)發(fā)起了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的膜片鉗技術(shù)須先借助光學(xué)顯微鏡來在細胞膜表面進行玻璃微電極針尖定位后再進行離子通道的記錄，由于光學(xué)衍射極限的限制使普通光學(xué)顯微鏡的最高分辨率很難突破200納米，導(dǎo)致傳統(tǒng)的膜片鉗技術(shù)不能準(zhǔn)確研究離子通道與小于200納米的細胞表面微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。加之，許多生物樣品的光透過性不好，這更加降低了傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)的分辨率。因此，低分辨率的傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)已不能滿足目前生物學(xué)研究的需要。

隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展及掃描探針顯微鏡技術(shù)(SPM)在生物領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使高分辨率地實時探測活體生物樣品成為可能。1989年，加州大學(xué)的Hansma教授利用掃描探針顯微鏡的負反饋控制技術(shù)，用玻璃微探針作為掃描探針設(shè)計出了非接觸式的掃描離子電導(dǎo)顯微鏡技術(shù)(scanningion?conductance?microscopy，SICM)(見圖1)。但是由于當(dāng)時負反饋控制方法及精確定位技術(shù)的局限與不足，纖細的玻璃微滴管探針在掃描時經(jīng)常意外地與樣品表面接觸并導(dǎo)致針尖或樣品的毀損，所以掃描離子電導(dǎo)顯微鏡技術(shù)在其發(fā)明后的很長一段時間僅適用于平坦的PET薄膜的掃描成像。1997年英國倫敦帝國理工學(xué)院的Korchev教授對掃描離子電導(dǎo)探針顯微鏡的負反饋控制等技術(shù)進行重大改進后，使該顯微鏡技術(shù)實現(xiàn)了對活體生物樣品表面結(jié)構(gòu)的非接觸三維實時探測，并逐步成為納米生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用前景的一種掃描納米玻璃探針顯微鏡技術(shù)。SICM可以實時高分辨率地非接觸式探測活體生物樣品表面形貌，其納米尺度玻璃微滴管掃描探針與膜片鉗用玻璃微電極相似且同樣在電解液中工作，因此為建立高分辨率的膜片鉗技術(shù)提供了技術(shù)保障。

(三)實用新型內(nèi)容：

本實用新型的目的在于提供一種基于掃描探針顯微鏡技術(shù)的高分辨率膜片鉗裝置，它針對傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)分辨率的不足，提供了一種利用掃描探針顯微鏡非接觸式掃描的高分辨率來精確定位膜片鉗玻璃微滴管電極，建立了一種基于非接觸掃描探針顯微鏡掃描控制技術(shù)的高分辨率膜片鉗技術(shù)，從而為研究細胞膜表面納米尺度微觀結(jié)構(gòu)與特定生理功能(離子通道特性)的關(guān)系提供了全新技術(shù)手段。