用于测量生物元素的电活性的装置及其用途制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测量生物元素的电活性的装置，它包括基底（１２），该基底具有上下表面和至少一个通孔（１２０），所述通孔由一组侧壁来限定，其特征在于：它包括在该基底的上下表面两侧上设置的两块板（１１，１３），它们与所述那组侧壁一起限定出腔室（１９）；每块板在其面对基底的表面上设有至少一个面对基底中的孔的电极（１１０，１３０）；每块板还包括至少一个始于所述腔室内部并将腔室与装置外部连接起来的通道；以及腔室仅通过所述通道与装置外部连通。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量一个或多个生物元素的电活性的装置，尤其涉及可并行测量大量生物元素的电活性的装置。本专利技术还涉及该装置的应用。在以上和以下内容中，术语“生物元素”要理解为所有天然或人造元素，它的至少一部分是由生物膜构成的，或者它可以再现生物膜的结构和/或功能特性。于是，它可以是整个生物细胞、或者包括液胞、高尔基体、线粒体、内质网、溶酶体、胞质体等的生物细胞的细胞器类型、可能具有胞质成分的生物膜断片、人造脂质双层体(如卵磷脂或磷脂酰甘油薄膜)、或者其它仿生膜，其中所述人造脂质双层体设有一个或多个蛋白质孔隙。生物细胞中出现的电信号的产生和传送取决于用于构成原生质膜的厚度中的孔隙、并确保离子(Na+、Ca++、K+和Cl-)穿过这些膜的贯穿细胞膜的蛋白质，这些孔隙就叫“离子通道”。大多数离子通道都响应它们所在的膜的特定分裂而打开，该分裂或者与该膜的电位变化有关(于是将它们称为电压敏感或电压相关通道)，或者和配位体与膜受体的结合有关(于是将它们称为受体通道)。目前已知的是，某些离子通道的机能障碍与很多病变有关，这些病变包括癫痫、肌强直、脑脊髓共济失调、高血压、心功能不全、心律失调(如室性四重心律失调综合症、Jervell与Lange-Nielsen综合症)、囊性纤维化、糖尿症、以及某些肾功能失调(如Bartter氏和Gritelman氏综合症)、以及1型假性低醛甾酮症(PHA-1)。同样，在引起剧烈疼痛和慢性疼痛的疼痛讯息的产生和调节过程中，也会涉及到某些离子通道的出现。于是本专利技术的装置构成了一种药学研究的备用工具，尤其是为了在细胞水平上更好地了解与离子通道机能障碍的失调有关的机理而进行研究的备选工具，以便识别已被认为在处理这些失调过程中很有效的药物的作用位置和作用模式，由此研发出比这些已有的药物更有活性和特效更强的新药。具体来说，本专利技术的装置可用于研究以下药学领域抗击某些毒素或毒液(例如蝎毒)的解毒药和药物，中量或大量筛选出具有作为靶的离子通道、并因此具有治疗价值的分子，或者筛选候选药物以评价其效果和/或其毒性，本专利技术的装置也可用于药物警戒领域。本专利技术还可用于诊断与离子通道功能障碍有关的病变。另外，由于离子通道电活性的任何变化都反映了它们能检测的分子的存在，从而受体通道型的离子通道可用作“通道传感器”。因此，依照本专利技术的装置可用于环境领域(例如用于检测污染物)，还可用于要对其生产线和由该生产线产出的产品进行质量控制的工业中，这些工业如农副产品、制药和化妆品工业，另外还可用于把毒性学分析作为标准操作的其它部门。依照本专利技术的装置还可用于许多其它目的，例如用于检测保留了细胞膜完整性的活细胞，或者相反用于检测细胞膜失去了完整性的死细胞，用于检测细胞因胞吐作用而释放出的物质，检测由于细胞与另一细胞或者泡囊融合而导致的膜电容变化，用于刺激细胞，用于研究细胞网络、组织或共培养的细胞内活性，用于研究细胞对施加给其它细胞的电刺激的响应，或者甚至为了提供“机械式”传感器而对机械敏感的离子通道进行研究。
技术介绍
1981年，Neher和Sakmann研发出用于研究离子通道的技术，该技术在今天也是最有效的，即“膜片钳”技术(Hamill等人，PflugersArch.，1981，39185-100)。该技术可以检查(“夹钳”)原生质膜断片(“膜片”)或整个细胞内的贯穿细胞膜的电位差，由此直接获得通过该膜片或该细胞的离子通道的离子通量。实践中，该技术是将玻璃微量吸管施加到细胞的原生质膜上，通过微量吸管的抽吸在该微量吸管端部和与该微量吸管相结合的膜片(“细胞结合”结构)之间产生数量级为1千兆欧姆(一般称为“千兆密封”)的高阻力密封，可连续进行抽吸，直到在该膜片上产生孔(“完整细胞”结构)。然后通过机械切除(“里-外”或“外-外”结构)将该膜片与细胞的其余部分分开。然后通过向膜片或细胞施加恒定电压并记录该电压的变化，以测量由于细胞结合结构或切除结构中被单独分出的膜片上、或全细胞结构中整个细胞膜上的离子通道的状态变化(打开或闭合)所导致的电活性。尽管毫无疑义的是，膜片钳技术因其灵敏性而在了解离子通道过程中取得了很大进展，它为制药工业提供了一种用于筛选出可对离子通道起作用的分子的工具，但事实证明该技术并非让人彻底满意。这是因为，首先，它具有以下缺陷它对电噪声和来自周围介质的振动非常敏感，因此需要一个被设计成能抵消该噪声和振动的干扰作用的、相对结实的基础结构(抗振工作台、法拉第笼等)。此外，这是一种完全人工的方法，尤其是因为每次测量前都必需通过拉制和加工毛细管来准备该方法要用的玻璃微量吸管(这需要有训练有素的实验员)，特别是，由于形成千兆密封所需的抽吸要用吸管嘴来实施，故而这些微量吸管要被适当定位以获得千兆密封，所以该方法实施起来相当麻烦。再有，每个时间单位能检测的样本数很少，失效百分比很高。已表明，实施膜片钳技术的实验员每天最多作二十次测量。因此，要理解的是膜片钳技术不能用于制药研究所希望的中量或大量药物筛选，或者用于需要以离子通道为传感器的常规化验。Neher和Sakmann提出的膜片钳技术的限定遭遇以下事实近年来，基因组研究和信息技术的进步已经证实，离子通道的高度多样性和高度复杂性已让许多人试图改进该技术。具体而言，已探索出了两种方法第一，旨在让测量自动化，同时仍采用与原型技术(玻璃微量吸管)中的电极相同的电极；第二，旨在利用电子芯片进行测量。于是，例如-NEUROSEARCH研发出一种自动细胞识别和测量装置，用于在分隔的腔室中测量8个单独的细胞。该装置公开于WO-A-96/13721中，它能高效地进行电活性测量。但是，由于要在固体表面上培养和“修补”细胞，它需要对细胞进行非常精确的选择，并要使用吸液管定位系统，以形成能防止玻璃记录电极破裂的高阻力密封。-SOPHION BIOSCIENCES开发了一种标准基底，它能记录生物膜内的电现象。该基底公开于WO-A-01/25769中，它有多个截面为方形的部位，这些部位里集成了电极。但是，事实证明，使用过程中，这些部位不适合与细胞形成高阻力密封。-CENES介绍了一种新型的膜片钳系统来测量完整细胞的电活性。该系统公开于WO-A-01/71349中，它包括将细胞悬浮于液体介质中，在玻璃毛细管的气/液界面处为它们提供电极。该系统具有能消除因周围介质发出的振动所导致的问题以及不需要非常精确地定位电极的优点。但是，它不能并行测量。-最后一家公司在WO-A-00/66329中也提出了一种多孔或有孔的基底，这些孔以池的方式布置，池的两侧有电极。细胞以细胞层的形式设置在该基底上，所以说它也不能测量各个细胞。-CYTION在WO-A-99/31503中公开了一种细胞定位装置，它具有以下特征每个芯片仅包括一个一体化的测量部位，它没有细胞约束结构。所以，它在细胞流散和若干细胞位于同一部位方面有较大风险。-AXON目前正致力于装置的设计改型，该装置采用了Yale大学在其国际申请WO-A-01/59447中提出的平面硅弹性体电极。初步试验表明该装置仍需要进行一些实质性改进。-最后，WO-A-00/25121中描述了这样一种装置它试图将离子通道产生的离子运动转化成能够检测和测量的交变电流。该装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量至少一种生物元素的电活性的装置（１０），它包括一个大致平的基底（１２），该基底具有下表面（１）和上表面（３），并具有至少一个用于容纳该生物元素（１８）的通孔（１２０），所述通孔由一组侧壁（１６，２６，３６）来限定，其特征在于：　　－它包括两个大致平的板（１１，１３），这些板置于该基底的上下表面两侧，并与所述那组侧壁一起限定出腔室（１９），所述腔室在使用装置时充满液体介质；－每块板在其面对基底的表面上设有至少一个面对基底中的孔的电极（１１０，１３０）；　 　－每块板还有至少一个通道（１１１，１３１，１３２），它们始于所述腔室内部，并将所述腔室与装置外部连接起来；以及－腔室仅通过所述通道与装置外部连通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N皮科莱特达汉，P凯拉特，F雷沃尔卡瓦利耶，F沙特莱因，F索泰，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]