Устройство для электрофизиологического исследования биологических объектов

)5 С 12 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН нии исо гомбр ки(54) УСТРОЙСТВЛОГИЧЕСКОГО ИСКИХ ОБЪЕКТОВ(57) Изобретен О ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИОСЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСтносится к электрение классНа фиг.1общий вид,рубками, нафиг.2,Устройсти микромани исследуемых обизображено устра фиг,2 - корпфиг.3 - сечени ктов,ство,ус с пате А-А на о состоит улятора 2 биологиче и микрома корпусаажимом 3го объекулятор у ля фикса а 4. Кор ГОСУААРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01 НРЫТПРИ ГИНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) А.М,Грабов (53) 621,317.722:578 (088.8) (56) Филиппов А,К. и др. Оценэлектрофизиологических характтик трабекул предсердия лягушрезультатам измерения мембран тока при фиксации потенциала ны. - В.сб.: Биофизика живой Пущино, 1973 с. 199,Изобретение относится к электрофизиологии и может быть использова для измерения электрических парачетров растительных и животных клеток,тканей и органов. Целью изобретения является ловы шение точности, повышение технологичности процесса измерений и расши рофизиологии и может быть использовано для измерения электрических пара-метров растительных и животных клеток, тканей, органов. Цель изобретения - позышение точности, повышениетехнологичности процесса измеренийи расширение класса исследуемых объектов. Устройство состоит иэ корпусас каналами для растворов, разделенных перегородкой, соединяющей каналы с полостью для объекта, патрубковподачи и отсоса раствора, Корпусустановлен на станине, снабженноймикроманипулятором с зажимом дляобъекта. Полость выполнена в видеотверстия в перегородке между канала.ми, что позволяет исследовать мелкиебиологические объекты. 2 з,ч, ф-лы,3 ил. тановлены на станине 5. В корпусевыполнены канал 6 для экспериментального раствора и канал 7 для изолирующего раствора. Каналы 6 и 7разделены перегородкой 8, в которойвыполнена в виде отверстия полость 9для биологического объекта. В канала6 и 7 над зонами, примыкающими кполости для биологического объекта,установлены покровные стекла 1 Ои11, а днища 12 и 13 каналов выполнены из оптически прозрачного материала. В стенке 14 канала для экспериментального раствора выполненпаз 15 для ввода микроинструментов,Дпя обеспечения протока растворов вканале 6 установлены патрубки 16и 17 подачи и отсоса экспериментального раствора, а в канале 7 - патрубки 18 и 19 подачи и отсоса изолирующего раствора. Патрубки отсоса уста.5 новлены так, что входное отверстие 20 патрубка отсоса изолирующего раствора расположено выше, чем входное отверстие 21 патрубка отсоса экспериментального раствора. 10Устройство работает следующим ооразом.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 .вытекает, 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 ществляется проток изолирующего раствора. Система подачи и отсоса экспериментального раствора электрически изолирована от системы подачи и от:соса изолирующего раствора, Электрический контакт между экспериментальным раствором и изолирующим раствором осуществляется только через полость 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 подачи. 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 раствора в канале 7 вьппе, чем уровень экспериментального раствора в канале 6, ,Вследствие этого под действием гидро 55статического давления через полость9 протекает изолирующий раствор изканала 7 для изолирующего раствора. в канал 6 для экспериментальногораствора,Биологический объект 4, напримеркорень с корневыми волосками, закрепляют в зажиме 3, затем с помощью микроманипулятора 2 вводят вканал 7 для изолирующего раствора,Последующие перемещения биологического объекта осуществляют посредством микроманилулятора 3 и контролируют под микроскопом через покровноестекло 11, а затем и через покровноестекло 10. Освещение биологическогообъекта для наблюдения под микроскопом может осуществляться с использованием конденсора микроскопа черезоптически прозрачные днища 12 и 13каналов. Перемещая объект 4 спомощью 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 6для экспериментального раствора, аостальная часть объекта находится вканале 7 дпя изолирующего раствора.В таком положении и производят электрофизиологические исследования. Приэтом через зазор между биологическимобъектом и стенками полости 9 протекает изолирующий раствор с высокимудельным сопротивлением. Эта утечкавызывает некоторое разбавление экспериментального раствора. Поэтомускорость протока экспериментальногораствора 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 электрическоесопротивление утечки между каналамив зазоре между биологическим объектоми стенками полости 9 достаточно велико, то разность электрических потенциалов и импеданс, измеренныемежду растворами в каналах 6 и 7,определяются только электрическимихарактеристиками биологического объекта и не зависят от сопротивленияутечки. В более общем случае повышение величины и стабильности сопротивления утечки повышает точность и воспроизводимость результатов измеЗО и в этом случае осуществляют, пропуская электрический ток между каналами 6 и 7,Величина сопротивления утечки в 4 О 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 всилу взаимного расположения полости9 и патрубков 7 и 19 отсоса черезданный зазор под действием сил гидростатического давления всегда гарантировано протекает изолирующийраствор с высоким удельным сопротивлением. Вследствие этого, сопротивление утечки практически не зависитот удельного сопротивления экспериментального раствора. Эолость дляданного биологического объекта всегда может быть выполнена такой, чтобы 45 50 55 рения разности электрических потенциалов, генерируемых биологическим5объектом, и длугих его электрическиххарактеристик, например импеданса.Таким образом, точность и воспроиз"водимость результатов электрофизиологических измерений зависят от величиныи стабильности сопротивления утечкив зазоре между биологическим объектом и стенками полости 9,Устройство может быть использовано для исследования влияния соста-15ва экспериментального раствора наэлектрофизиологические характеристики исследуемой эоны биологическогообъекта (например апикальной частикорневого волоска), находящейся вканале 6 для экспериментального раствора. Без применения микроэлектродов можно измерить относительные изменения этих характеристик при сменеэкспериментального раствора в канале 256. Если в биологический объект, например в цитоплазму апикальной частикорневого волоска, ввести микроэлектрод.через паз 15 и измерить этиммикроэлектродом потенциал относительно экспериментального раствора,то в этом случае можно измерить иабсолютные значения электрофизиологических параметров для исследуемойзоны биологического объекта. Токовоевоздействие на биологический объект уменьшить зазор до величины, которая определяется требуемой точностью измерений. Использование микрома,;инулятора 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 изолиру:ощего 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 полостипостоянно 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 изобретения1. Устройство для электрофизиоло" гического исследования биологических объектов, состоящее из корпуса с ка1 б 15171 1 О 3. валами для экспериментального и изолирующего растворов, разделеннымиперегородкой с полостью для биологического объекта, соединяющей каналы, патрубков подачи и отсосаэКспериментального и изолирующегорастворов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точност, технологичности процесса измерений и расширения класса исследуемк объектов, оно дополнительно содржит микроманипулятор с зажимом исанину, корпус.и микроманипуляторустановлены на станине, при этомполость для биологического объектарасположена ниже уровня входногооФверстия патрубка отсоса экспериментального раствора, которое расположено ниже входного отверстия патрубка отсоса изолирующего раствора,2, Устройство. по и.1, 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 отсоа и параллельно днищам каналов, а днища каналов выполнены из оптически прозрачного материала.3, Устройство по пп.1 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 микро- инструмента.