[发明专利]用于测量细胞活性的具有光电导层的二维传感器和用于同样目的的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维传感器及使用该种传感器测量细胞活性用的测量系统。该种传感器检测细胞活性造成的电位变化。

背景技术

人们正在广泛地进行对于神经细胞的医学研究及关于利用神经细胞作为电器件的可能性的研究。当神经细胞被刺激时，就会产生某种电位。首先，由于阴离子透明度的变化，细胞内侧与外侧的阴离子密度发生变化，然后，细胞膜的电位发生变化。因此，测量细胞膜电位的二维分布，对于观察样品细胞或机体是有用的。测量电位的二维分布提供了一种确定活性部分及活性水平的方法。

本发明人研制出一种作为二维传感器的集成组合电极，不必将玻璃探针或其他刺激探针插入细胞，即可同时在多个点上测量细胞的电位。这种集成组合电极包括许多排成矩阵的微电极，及其利用导电物质在玻璃板上形成的引线图案，在其上可对样品细胞或机体进行培养。这种集成组合电极使以比玻璃电极或其他普通手段更小的间距，对多个点上的电位变化的测量成为可能。另外，这种集成组合电级还使得对在该集成组合电极上培养的样品细胞或机体进行长期观察成为可能。

但是，这种集成组合电极不适合广泛应用，因为测量电极的尺寸和间距都是固定的。换句话说，很难用一个集成组合电极测量不同的样品。事实上，过去是通过调整电极的尺寸及间距，制造不同的集成组合电极，来适应不同的样品。

发明内容

现介绍一种二维传感器及使用该种传感器的测量系统，它通过改进上述集成组合电极，使电极尺寸和间距可变，从而适宜于广泛地用来测量不同样品的细胞活性。

按本发明的用于测量电细胞活性变化的二维传感器是一种板状传感器。所述传感器包括：一个当采用激光束光照射时其导电率增大的光电导层；一个在所述光电导层正面形成的绝缘层；一个在所述光电导层背面形成的作用电极；和，一个安置在接近所述绝缘层的用于装细胞、培养基和一个参照电极的细胞支撑器，其中，当所述激光束照射在所述作用电极上产生一个光斑时，从所述作用电极获得信号，并且所述信号大体对应于所述激光束照射出的所述光斑处的由所述电细胞活性导致的电位变化。

光电导层可以用硒、CdS、Ge-Si等一类半导体或本征半导体制成。作为另一方案，光电导层可以用光导电聚合物制成。诸如蒽的稠合多环芳烃、诸如咔唑的芳香杂环化合物，或者芳氨可用作聚合物侧链或主链上包括的光电导功能团。作为另一方案，可以采用蒸镀的酞箐薄膜或用作紫苏染料的Me-PTC(亚甲基-紫苏基-羧酸)等一类有机薄膜。

利用本发明的二维传感器及光电导层的照射光斑，即可检测出与细胞的一部分的电位变化相对应的信号。这一部分与光电导层的上述光斑相接触。因为光电导层的电导只在激光束的照射光斑处增大，所以检测出的信号基本上与和传感器激光照射光斑接触的细胞部分的电位变化相对应。

所以，移动激光束，即可改变相当于测量电极的激光照射光斑的位置。通过对激光的聚焦，即可改变光斑的尺寸(亦即电极的尺寸)。因为绝缘层存在于光电导层与细胞之间，所以细胞电位本身难以检测。但是，电位的变化，亦即电位的交流分量或脉冲分量却可以检测。所以，通过改变电位，即可测量细胞的活性。

按本发明的一种用于测量电细胞活性变化的测量系统，包括：一个二维传感器，它包括：一个当采用激光束光照射时其导电率增大的光电导层，一个在所述光电导层正面形成的绝缘层，一个在所述光电导层背面形成的作用电极，和一个安置在接近所述绝缘层的用于装细胞、培养基和一个参照电极的细胞支撑器；一个用于采用激光束照射在作用电极上产生一个光斑的激光束光源；一个直流电源，用于将直流偏压加在所述光电导层背面上的作用电极和所述光电导层正面上的所述细胞支撑器内的参照电极之间；一个处理器，用于处理在所述作用电极与参照电极之间获得的信号，其中，当所述激光束照射在所述作用电极上产生一个光斑时，从所述作用电极获得信号，并且所述信号大体对应于所述激光束照射出的所述光斑处的由所述电细胞活性导致的电位变化。

最好利用激光束来照射传感器的光斑，因为激光束能够容易地聚焦在小的光斑上。

测量系统最好包括维持传感器上细胞支持内样品细胞培养环境的装置。该培养装置使对样的长期观测成为可能。