CN103305411A - 一种膜片钳气压控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜片钳气压控制装置，包括直线驱动机构、注射器、第一电磁阀和第二电磁阀；直线驱动机构连接注射器的推杆，注射器的注射筒底部通过气管分别与两电磁阀的输入端连通；第一电磁阀的输出端置于常压，第二电磁阀的输出端连接用于膜片钳封接的电极夹持器的通气管。本发明还提供了利用上述装置对膜片钳封接过程进行气压控制的方法。本发明通过电磁阀的开关和注射器推杆的位移配合，为膜片钳封接自动提供较为持续稳定的正负压，并能够实现气压在正负压之间的快速切换，整个装置结构简单，便于操控。

Description

一种膜片钳气压控制装置及方法

技术领域

本发明属于膜片钳技术领域，更具体地，涉及一种膜片钳气压控制装置及方法，适用于膜片钳吉欧封接过程中的正、负压控制和切换。

背景技术

膜片钳技术作为电生理研究的有力工具，广泛用于细胞膜离于通道电流的测量、细胞分泌、药理学、病理生理学、神经科学、脑科学、细胞生物学与分子生物学研究以及植物细胞的生理研究等。

应用膜片钳技术进行细胞生理实验时，需要将玻璃微电极与细胞膜表面形成吉欧封接（高阻封接），才能进行后续的实验。吉欧封接一般通过控制电极夹持器内腔气体压力先后施加正、负压力来完成。目前，国内外通常是以人工吹吸来进行，主要存在以下问题：用人工吹吸得到气体压力值凭的是经验值，无法精确计算；人工吹吸提供的负压不能稳定持续，封接中往往会因为负压不足而对细胞再次进行吸附，影响封接的质量和效率；人工吹吸提供的气压不能在正负压之间快速地切换。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种膜片钳气压控制装置及方法，不仅为膜片钳封接自动提供较为持续稳定的正负压，而且能够实现气压在正负压之间的快速切换。

一种膜片钳气压控制装置，包括直线驱动机构、注射器、第一电磁阀和第二电磁阀；直线驱动机构连接注射器的推杆，注射器的注射筒底部通过气管分别与两电磁阀的输入端连通；第一电磁阀的输出端置于常压，第二电磁阀的输出端连接用于膜片钳封接的电极夹持器的通气管。

进一步地，所述直线驱动机构包括舵机、摆动杆和连杆，舵机的输出轴连接摆动杆的一端，摆动的另一端表面开有滑槽；连杆的一端连接螺钉，螺钉置于滑槽内且可在滑槽内滑动，连杆的另一端连接注射器的推杆。

利用所述的气压控制装置对膜片钳封接过程进行气压控制的方法，具体为：

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，直线驱动机构驱动注射器的推杆在注射筒内推进，使得电极夹持器内腔产生正压；

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，注射器的推杆在注射筒内保持不动，使得电极夹持器内腔产生常压；

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，注射器的推杆在注射筒内后退，使得电极夹持器内腔产生负压。

本发明的有益效果体现在：

当使用本发明装置时，直线驱动机构带动注射器推杆移动在注射筒内产生气压，同时结合控制两个电磁阀开关状态，在电磁阀输出端得到需求的气压值。本发明通过控制注射器推杆移动位移提供较为持续稳定的气压，并通过控制注射筒推杆移动方向实现膜片钳吉欧封接过程中的正、负压控制和切换。整个装置结构简单，便于操控。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，本发明包括直线驱动机构、注射器、第一电磁阀1和第二电磁阀11，直线驱动机构连接注射器的推杆6，注射器的注射筒5底部通过气管4分别与两电磁阀的输入端2,12连通；其中第一电磁阀1的输出端14置于常压，第二电磁阀11的输出端13连接电极夹持器侧端的通气管。

应用本发明装置产生正负压的过程为：控制第一电磁阀1关闭和第二电磁阀11打开，直线驱动机构驱动注射器的推杆6在注射筒5内推进，使得电极夹持器内腔产生正压；控制第一电磁阀1关闭和第二电磁阀11打开，注射器的推杆6在注射筒5内保持不动，使得电极夹持器内腔产生常压；控制第一电磁阀1关闭和第二电磁阀11打开，注射器的推杆6在注射筒5内后退，使得电极夹持器内腔产生负压。

综合考虑占用空间大小、控制简便和成本，本发明给出直线移动机构的一种较佳实施方式，包括舵机9、摆动杆8和连杆7。舵机9的输出轴连接摆动杆8的一端，摆动的另一端表面开有滑槽；连杆7的一端连接螺钉，螺钉置于滑槽内且可在滑槽内滑动，连杆7的另一端连接注射器的推杆6。启动舵机9工作，驱使摆动杆8摆动，连杆7、螺钉及滑槽的组合方式将摆动杆的旋转位移转化为直线位移，驱使与连杆相接的注射器的推杆6在注射筒5内推进或后退。

注射器与电磁阀的连通气管3可根据应用场景选取相应材料的三通管，例如在膜片钳封接中选用医学橡胶管。

将上述装置应用于膜片钳吉欧封接的气压控制时，将第二电磁阀11的输出端13连接电极夹持器侧端的通气管，气压控制过程具体为：

第一步，舵机9转轴以较快的角速度产生增大转角，带动摆动杆8以同样的角速度转动，摆动杆8带动连杆7运动，从而带动注射器推杆6以较快的速度直线前进，快速压缩气体。与此同时，配合第一电磁阀1关断，第二电磁阀11打开，在第二电磁阀11的输出端气管13产生一个较大且持续稳定的正压，从而在电极夹持器腔体内产生较大且持续稳定的正压。该正压使电极内液快速外流,排除玻璃微电极尖端可能被污染的电极内液。

第二步，舵机9转轴以较慢的角速度产生增大转角，带动摆动杆8以同样的角速度转动，摆动杆8带动连杆7运动，从而带动注射器推杆6以较慢的速度直线前进，慢慢压缩气体。与此同时，配合第一电磁阀1关断，第二电磁阀11打开，在第二电磁阀11的输出端13气管产生一个较小且持续稳定的正压，从而在电极夹持器腔体内产生较小且持续稳定的正压。该正压使电极内液稍稍外流,以避免因细胞浴液倒吸入电极而造成玻璃微电极尖端污染。至此完成电极入液过程，即电极进入细胞浴池溶液直至接触细胞膜表面的过程。

第三步，舵机9转轴保持转角，则此后注射器推杆6保持位置。与此同时，配合第一电磁阀1打开，第二电磁阀11关断，在第二电磁阀11的输出端13气管内产生常压，从而在电极夹持器腔体内产生常压。

第四步，舵机9转轴以较慢的角速度旋转以减小转角，带动摆动杆8以同样的角速度转动，摆动杆8带动连杆7运动，从而带动注射器推杆6以较慢的速度直线后退，慢慢抽取气体。与此同时，配合第一电磁阀1关断，第二电磁阀11打开，在第二电磁阀11的输出端13气管内产生一个较小且持续稳定的负压，从而在电极夹持器腔体内产生较小且持续稳定的负压。该负压来实现电极与细胞膜的吸附，进而实现吉欧封接（高阻封接）过程。

第五步，舵机9转轴以较快的角速度旋转以减小转角，带动摆动杆8以同样的角速度转动，摆动杆8带动连杆7运动，从而带动注射器推杆6以较快的速度直线后退，快速抽取气体。与此同时，配合第一电磁阀1关断，第二电磁阀11打开，在第二电磁阀11的输出端13气管内产生一个较大且持续稳定的负压，从而在电极夹持器腔体内产生较大且持续稳定的负压。该负压使得细胞膜破裂，电极吸取细胞内液。

第六步，舵机9转轴以较快的角速度产生增大转角，带动摆动杆8以同样的角速度转动，摆动杆8带动连杆7运动，从而带动注射器推杆6以较快的速度直线前进，快速压缩气体。与此同时，配合第一电磁阀1关断，第二电磁阀11打开，在第二电磁阀11的输出端13气管内产生一个较大且持续稳定的正压。该正压排除多余电极液，使得电极内液量达到设计值。

至此，从第一步到第六步完成一次完整的膜片钳封接过程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种膜片钳气压控制装置，其特征在于，包括直线驱动机构、注射器、第一电磁阀和第二电磁阀；直线驱动机构连接注射器的推杆，注射器的注射筒底部通过气管分别与两电磁阀的输入端连通；第一电磁阀的输出端置于常压，第二电磁阀的输出端连接用于膜片钳封接的电极夹持器的通气管。

2.如权利要求1所述的气压控制装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括舵机、摆动杆和连杆，舵机的输出轴连接摆动杆的一端，摆动的另一端表面开有滑槽；连杆的一端连接螺钉，螺钉置于滑槽内且可在滑槽内滑动，连杆的另一端连接注射器的推杆。

3.利用权利要求1或2所述的气压控制装置对膜片钳封接过程进行气压控制的方法，具体为：

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，直线驱动机构驱动注射器的推杆在注射筒内推进，使得电极夹持器内腔产生正压；

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，注射器的推杆在注射筒内保持不动，使得电极夹持器内腔产生常压；

控制第一电磁阀关闭和第二电磁阀打开，注射器的推杆在注射筒内后退，使得电极夹持器内腔产生负压。

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