Устройство для электрофизиологического исследования биологических объектов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИН (51) 5 С 12 M 1/00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И CRHPblTHAM

ПРИ ГИНТ СССР (21) 4441 160/30-13 (22) 13.10.88

- (46) 23.12.90. Бюп. Ф 47 (71) Институт физиологии растений им. К.А.Тимирязева (72) А.М.Грабов (53) 621.317.722:578 (088.8) (56) Филиппов А.К. и др. Оценка электрофизиологических характеристик трабекул предсердия лягушки по результатам измерения мембранного тока при фиксации потенциала мембраны. — В.сб.: Биофизика живой клетки.

Пущино, 1973 с. 199. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

: (57) Изобретение относится к электИзобретение относится к электрофизиологии 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.3 — сечение А-А на фиг.2.

Устройство состоит из корпуса 1 и микроманипулятора 2 с зажимом 3 для фиксации биологического объекта 4. Корпус и микроманипулятор усрофиэиологни и может быть использовано для измерения электрических пара- метров растительных и животных клеток, тканей, органов. Цель изобретения — позышенне точности, повышение технологичности процесса измерений и расширение класса исследуемых объектов. Устройство состоит иэ 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.ч. ф-лы, 3 ил. тановлены 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, примыкающими к полости для биологического объекта, установлены покровные стекла 1О и

11, а днища 12 и 13 каналов выполнены из оптически прозрачного материала. В стенке 14 канала для экспериментального раствора выполнен паз 15 для ввода микроинструментов, Дпя обеспечения протока растворов в канале 6 установлены патрубки 16

1615171 и 17 подачи и отсоса экспериментального раствора, а в канале 7 — патрубки 18 и 19 подачи и отс.оса изолирующего раствора. Патрубки отсоса уста.5. новлены так, что входное отверстие

20 патрубка отсоса изолирующего раствора расположено выше, чем входное отверстие 21 патрубка отсоса экспе. риментального раствора. 10

Устройство работает следующим образом.

Через патрубок 16 в канал 6 подают 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 . Таким образом, осуществляется непрерыв— ный проток экспериментального раствора через канал 6. Аналогично через

:патрубки 18 и 19 подачи и отсоса осу- 25 ществляется проток изолирующего раствора. Система подачи и отсоса экспе риментального раствора электрически изолирована от системы подачи и от;соса изолирующего раствора, Электрический контакт между экспериментальным раствором и изолирующим раствором осуществляется только через п0лость 9, Изолирующий раствор характеризуется низкой удельной электропроводностью и представляет собой, 35 например, раствор сахарозы в деиони,зированной воде.

Для надежной работы устройства объемные расходы жидкостно-воздушной смеси через патрубки 17 и 19 отсоса должны превышать соответствующие объемные расходы растворов через патрубки 16 и 18 пода чи. В этом случае уровень изолирующего раствора в канале 7 соответствует уровню входного отверстия 20 патрубка 19. Аналогич- . но уровень экспериментального раствора в канале 6 соответствует уровню входного отверстия 21 патрубка 17, 50

Поскольку входное отверстие 20 рас-, положено выше, чем входное отверстие

21, то и уровень изолирующего раствсра в канале 7 вьппе, чем уровень экспериментального раствора в канале 6,, Вследствие этого под действием гидро55 статического давления через полость

9 протекает изолирующий раствор из канала 7 для изолирующего раствора. 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 микроманилулятора 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, вво— дят 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 дпя изолирующего раствора.

В таком положении и производят электрофизиологические 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 зазоре между 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 характеристиками биологического объекта и не зависят от сопротивления утечки. В более общем случае повышение величины H стабильности сопро

1615171 тивления утечки повышает точность и воспроизводимость результатов измеЗО и в этом случае осуществляют, пропуская электрический ток между каналами 6 и 7, Величина сопротивления утечки в . 4p зазоре между стенками полости 9 и биологическим объектом и стабильность этого сопротивления, а следо-. вательно, и зависящие от них точность и воспроизводимость результатов электрофизиологических измерений повьппаются за счет того, что в силу взаимного расположения полости

9 и патрубков 7 и 19 отсоса через данный зазор нод действием сил гидростатического 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

55 рения разности электрических потенциалов, генерируемых биологическим

5 объектом, и д1хугих его электрических характеристик, например импеданса.

Таким образом, точность и воспроиз"водимость результатов электрофизиоло-. гических измерений зависят от величины и стабильности сопротивления утечки в зазоре между биологическим объектом и стенками полости 9.

Устройство может быть использовано для исследования влияния соста- ва экспериментального раствора на электрофизиологические характеристики исследуемой эоны 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 25

6. Если в биологический объект, например в цитоплазму апикальной части корневого волоска, ввести микроэлектрод через паз 15 и измерить этим микроэлектродом потенциал относительно экспериментального раствора, то в этом случае можно измерить и абсолютные значения электрофизиологических параметров для исследуемой зоны биологического объекта. Токовое воздействие на биологический объект уменьшить зазор до величины, которая определяется требуемой точностью измерений. Использование микроманин лятора 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 тэебуемой 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 цает возможность исследовать короткие объекты. По, -.езультатам лаборагорных испытаний сопротивление утечки в зазоре между биологическим объектом и стенками полости длиной 0,5 мм составляет около 250 ИОм, 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 волосок водного растения.

Устройство позволяет исследовать растительные объекты, поскольку целлюлозная 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 микроэлектроды, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для электрофизиоло" гического исследования биологических объектов, состоящее из корпуса с ка1615171

10!

5 валами для экспериментального и изолирующего растворов, разделенными перегородкой с полостью для биологического объекта, соединяющей каналы, патрубков подачи и отсоса эКспериментального и изолирующего растворов, отличающее с я тем, что, с целью повышения точност, технологичности процесса измерений и расширения класса исследуем х объектов, оно дополнительно сод ржит микроманипулятор с зажимом и станину, корпус.и микроманипулятор установлены на станине, при этом полость для биологического объекта расположена ниже уровня входного

î!верстия патрубка отсоса экспериментального. раствора, которое расположено ниже входного отверстия патрубка отсоса изолирующего раствора.

2, Устройство, по и. t о т л и ч а ю щ е е с я 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.! и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в. стенке канала для экспериментального раствора напротив полости для биологического объекта выполнен паз,предназначенный для ввода в канал микроинструмента.

1615171

Составитель А,Роговский

Редактор Н,Гунько Техред Л.Сердюкова Корректор М.Самборская

Заказ 396 1 Тираж 481 Подписное

Ьй ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101