[发明专利]用于记录生电型细胞中的细胞内动作电位的方法和设备

说明书

通过由光穿孔形成的细胞(4)的细胞膜中的孔来记录生电型细胞(4)中的细胞内动作电位的方法，包括以下步骤：a)将包括细胞(4)的样品定位在多电极阵列上；b)温育(110)或灌注(111)样品；e)将激光聚焦(14)在阵列电极(20)的表面上，该表面与样品接触；f)将一个或多个激光脉冲施加到一个或多个阵列电极(20)，以执行对样品的细胞(4)的膜的局部破坏；g)记录细胞内动作电位；其中，电极(20)的表面是多孔的，使得表面具有纳米级的空腔和突起，其中由激光产生的电场被局部化和放大以执行对样品的细胞(4)的膜的局部破坏。

技术领域

本发明涉及一种用于通过由光穿孔形成的细胞的细胞膜中的孔来记录生电型细胞(electrogenic cell)中的细胞内动作电位的方法。

背景技术

该方法包括以下步骤：

a)将包括所述细胞的样品定位在多电极阵列上；

b)温育(incubation)(110)或灌注(111)样品；

e)将激光聚焦在阵列电极的表面上，该表面与样品接触；

f)将一个或多个激光脉冲施加到一个或多个阵列电极，以执行对所述样品的所述细胞的膜的局部破坏；

g)记录细胞内动作电位。

这种类型的方法目前是已知的，并用于记录诸如神经元、心肌细胞、视网膜的生电型细胞的动作电位。

近年来，使用多电极阵列(MEA)记录大量细胞的动作电位已取得了很大的发展。

大型网络中多个聚集细胞的动作电位的测量可以为细胞外或细胞内。在第一种情况下，细胞膜与记录电极的电接触是足够的。在第二种情况下，相反，电极必须与细胞的细胞质电接触。为此，必须在细胞膜上形成孔。在现有技术中，有两种不同的方法可用于在细胞膜上形成孔：电穿孔和光穿孔。

电穿孔(electroporation)涉及施加短而强的高压脉冲，以便克服细胞膜的容纳能力，从而使其结构暂时松弛并形成瞬时和可逆的孔。

另一方面，光穿孔(optoporation)涉及使用能够暂时修改细胞膜的高强度激光脉冲以用于孔形成。

这两种方法均基于放置在阵列电极上的三维(3D)纳米结构的使用，以便创建在形成孔时可在孔内发现的突起，从而与细胞质建立电接触。

当前使用的3D纳米结构的特征通常在于高度比宽度更大。高度通常在400纳米至5微米的范围内，而宽度通常在50纳米至500纳米的范围内。

至今，具有这些比例的3D结构的电极的纳米结构是一种固结技术，并且可以生产几乎任何类型的三维几何形状。

然而，所采用的所有技术需要特定且非常昂贵的工具，这些工具通常不是商业半导体行业的特权，并且不容易扩展到商业水平；结果，至今，用于细胞内记录的MEA上的3D纳米结构的采用仅限于低密度无源MEA原型。

关于细胞外动作电位的记录，基于3D纳米结构的所有方法均表现出比标准MEA电极更差的性能。

直到最近，高分辨率CMOS有源MEA上的3D纳米结构才被实施为用于记录细胞内动作电位。这种类型的MEA可以用于借助于电脉冲序列的装置执行电穿孔。为此目的，除了记录放大链之外，CMOS-MEA设备还包括用于施加电脉冲的并联刺激电路。