测量细胞外电势的装置、利用该装置测量细胞外电势的方法以及配有该装置的快速筛选药物的仪器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种能够简便和高度可靠地检测由生物样品发出的微小电信号的变化的细胞外电势测量装置，以及一种采用该装置的细胞外电势测量方法和包括该装置的一种仪器。细胞外电势测量装置用较大的精度和较高的输出测量细胞外的电势。该装置包括至少一个井，所述井包括配置在基片上用于截留细胞的装置；一个用于检测每个至少一个井的电信号的测量电极；以及一个参比电极。细胞截留装置包括至少一个配置在井内的凹部并在其底表面上具有一个通孔，该通孔与吸入细胞的装置相连。（*该技术在2022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细胞外电势的装置，为了筛选药物，利用该装置简单快速地对生物样品(特别是细胞)的药物筛选进行电生理学评估。本专利技术还涉及一种测定生物样品(特别是细胞)的物理化学变化(特别是电化学变化)的方法、一种在该方法中所采用的反应系统以及一种包括该反应系统的装置。更具体地说，本专利技术涉及一种用于评估由细胞所产生的电化学变化的方法和一种利用该方法的快速药物筛选仪器，其中所述的电化学变化与整个细胞的常量活性有关(特别是，利用电压变化作为指数来比较噪声)。
技术介绍
业已利用细胞的电活性作为指数来进行药物的筛选。通常，利用膜片钳法(即一种采用荧光颜料或发光指示剂等的方法)来测量细胞的电活性。在一种膜片钳技术中，将一小部分细胞膜(膜片)固定在具有微电极探头的微量吸移管的管尖部分上，并用来电记录通过单个离子通道蛋白的离子转运。这种膜片钳技术是可用来实时探察单个蛋白质的功能的许多细胞生物技术之一(参见例如，细胞的分子生物学，第三版，Garland Publishing，Inc.，New York，1994，Japanese Version，由Keiko Nakamura等人监督的翻译，pp.181-182，1995，Kyoikusha)。另外，有一种方法将响应特定离子的浓度变化而发光的发光指示剂或荧光颜料结合到现代化的图象处理方法中(例如，利用CCD摄象机等来拾取细胞的荧光图象，以便监测细胞内的离子转运)，以便测量细胞的电活性。在采用微电极探头的方法例如膜片钳(细胞内的记录方法)中，利用一种包括微电极探头和专用的控制装置的电生理学测量仪器来测量通过目标细胞的离子通道的电量，借此可测定该细胞的离子通道开或关的持续时间、计时或次数。这样，可分析单个的离子通道。在另一种采用荧光颜料的方法中，通过利用荧光测定方法分别测定进入细胞的离子总量来测定整个细胞的离子通道活性。膜片钳技术需要特殊的技术来实施微量吸移管的制备、操纵等和更多的时间来测定一个样品。因此，膜片钳技术不适合为了研究药物而高速筛选大量的候补化合物。荧光测定技术为了研究药物可高速筛选大量的候补化合物。然而，荧光测定技术需要一个染色细胞的步骤。在测定过程中，颜料造成较高的背景噪声并且荧光强度随着时间而减小，从而导致较差的信号-噪声比(S/N)。JP No.2949845、USP No.5810725、USP No.5563067、日本待公开专利No.9-827318、WO01/25769A2、USP No.5187069、WO98/54294、WO99/66329、WO99/31503等公开了用于观察生物样品中的电化学变化的另一种技术，其中采用了配有多个电极的基片。JP No.2949845、USP No.5810725、USP No.5563067和日本待公开专利No.9-827318公开了一种集成多电极和一种利用该多电极的测定系统，其中该集成多电极包括多个利用照相平版印刷术在玻璃基片上制备的并能够测定细胞中的电变化的微电极。WO01/25769A2公开了一种基片，其中绝缘基片配有多个通孔，将生物样品例如含有离子通道的细胞放到通孔上，从而使吉咖封口配置在包含细胞的绝缘基片的表面上；可利用配置在由吉咖封口分开的两个各自区域中的参比电极和测量电极来测量穿过细胞的离子通道的离子所产生的电流。USP No.5187069公开了一种通过在电极上培养细胞并测量阻抗变化而监测细胞生长的装置。WO98/54294公开了一种将细胞粘附到平面电极上并测量其中的电信号的装置。WO99/66329公开了一种通过测量电阻或者阻抗变化而观察多孔材料上的细胞活性的装置以及一种利用该装置的分析方法。WO99/31503公开了一种方法，在该方法中，采用一个配有多个通孔的基片，通过将细胞捕获在通孔内而建立膜片钳，并且测量电流变化。以上的常规技术的特征在于在平面电极上测量细胞的电活性，并将微小通孔配置在绝缘基片上，从而在细胞和基片之间形成膜片钳，由此可监测穿过离子通道的离子所产生的电流。然而，当采用平面电极时，从生物样品发出的信号泄露到溶液中，从而不利地减小了测量的灵敏度。在该方法中，将小通孔配置在绝缘基片上，以便用细胞和孔形成膜片钳，从而使形成膜片钳的可能性降低了。而且，为了形成膜片钳，细胞膜必须损坏或物理损伤，从而不可能测量完整细胞的活性。膜片钳形成技术还具有调节生物样品吸入压力的困难。多个通道不实际地需要多个压力调节机构。在这些方面，常规的平面电极适合快速的药物筛选但是灵敏度却较差。具有小通孔的绝缘基片不适合快速的药物筛选。由于类似的原因，自动化膜片钳机器人需要更多的时间来处理样品并且不适合快速的药物筛选。如上所述，在快速药物筛选领域内存在许多问题。目前需要一种细胞外电势的测量方法，利用该方法得到的数据与利用膜片钳方法得到的数据具有基本上相同的质量，而且该方法与荧光颜料法一样可简便、快速并自动化地实施。还需要一种能够直接快速地监测细胞活性而不用任何颜料的装置和仪器。专利技术概述本专利技术的一个目的是改进常规的电生理学测量装置，以便解决上述问题。本专利技术涉及一种测量细胞外电势的装置，该装置包括至少一个配置在基片上的具有用于截留细胞的装置的井、一个用于检测每个至少一个井的电信号的测量电极，以及一个参比电极。优选的是，该细胞截留装置包括至少一个配置在井内的凹部，并且在其底表面上具有一个通孔，该通孔与用于吸入细胞的装置相连。优选的是，将测量电极配置在一个空间内，该空间通过通孔与井相通。优选的是，通过凹部的开口紧紧地截留细胞。优选的是，凹部的开口具有10-50μm的直径，通孔具有大约2-10μm的直径。优选的是，基片是由从以下物质构成的组合中选择的一种材料制成的硅片、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯。优选的是，基片是绝缘基片，并且该装置还包括用于吸入细胞的装置。优选的是，用于培养细胞的井是由从以下物质构成的组合中选择的一种材料制成的硅氧烷、塑料、SiO2和橡胶。优选的是，参比电极是环形的。优选的是，参比电极是由导电材料制成的。优选的是，绝缘基片包括一个具有6μm直径的通孔。优选的是，绝缘基片包括一个支持层，该支持层是具有至少10μm厚度的SOI基片。优选的是，支持层选自由以下物质构成的组合硅、塑料、SiO2和橡胶。优选的是，支持层具有1μm或以上的厚度。优选的是，细胞吸入装置是由硅氧烷、塑料、SiO2和橡胶制成的并且细胞吸入部分的厚度在10μm或以上。优选的是，处理凹部的内壁以变成亲水性的。一方面，本专利技术涉及一种测量细胞外电势的方法。该方法包括以下步骤配备一种用于测量生物样品的电特性的反应系统，然后将所述完整细胞置于反应系统内并检测所述细胞的电特性。该反应系统可以是一种细胞外电势的测量装置，该装置包括至少一个配置在基片上的具有用于截留细胞的装置的井、一个用于检测每个至少一个井的电信号的测量电极，以及一个参比电极。优选的是，该电特性检测步骤包括至少两次检测所述细胞的电特性，并且将所检测的电特性的至少两个值进行比较。优选的是，配有测量电极的区域电容小于配有参比电极的区域电容。优选的是，参比电极的表面积小于测量电极的表面积。优选的是，测量电极的阻抗低于参比电极的阻抗。优选的是，在10Hz-10kHz的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量细胞外电势的装置，包括：至少一个井，所述井包括配置在基片上的用于截留细胞的装置；一个用于检测每个至少一个井的电信号的测量电极；以及一个参比电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岡弘章，小川竜太，行政哲男，杉原宏和，小西聡，慈幸秀保，尾崎亘彦，江本文昭，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]