SISKIYOU-生命(ming)科(ke)學(xue)研究探針定(ding)位(wei)優化(hua)

SISKIYOU-生命(ming)科(ke)學(xue)研究探針定(ding)位(wei)優化(hua)

光學機械(xie)探針定(ding)位(wei)器(qi)可(ke)以對(dui)生物(wu)樣(yang)本進(jin)行更(geng)全(quan)面的(de)研究。這種趨(qu)勢技(ji)術在(zai)生命(ming)科(ke)學(xue)研究中(zhong)扮演著關(guan)鍵(jian)的、不(bu)為(wei)人知的角(jiao)色(se)。

光子(zi)技術使生命(ming)科(ke)學(xue)家(jia)能(neng)夠(gou)在(zai)從(cong)神(shen)經(jing)元信號傳(chuan)導到(dao)心(xin)肌(ji)收(shou)縮(suo)以及細(xi)胞(bao)和細(xi)胞(bao)發(fa)育等(deng)過程的日(ri)益復(fu)雜的研究中(zhong)探測樣(yang)本。隨(sui)著研究在(zai)越(yue)來越(yue)精(jing)細(xi)的(de)分(fen)辨率水平上繼續進(jin)行(xing)，對(dui)光機定位(wei)的要(yao)求(qiu)變(bian)得越(yue)來越(yue)高(gao)。

定(ding)位(wei)設備操縱用於與生物(wu)樣(yang)本相(xiang)互作(zuo)用的探針。這包括定(ding)位(wei)光探頭，如聚焦激光器(qi)或LED，以及定(ding)位(wei)物(wu)理探頭，如電(dian)極(ji)或(huo)微量註(zhu)射器(qi)。

許(xu)多(duo)應(ying)用需要(yao)與樣(yang)品和(he)某種類型的探針進(jin)行(xing)物(wu)理交互，所有(you)這些(xie)都(dou)需要在(zai)顯(xian)微(wei)鏡下(xia)觀察(cha)。例如，電(dian)生理膜(mo)片鉗技術被廣泛使用，特別(bie)是(shi)在(zai)神(shen)經(jing)科學中(zhong)，並且經(jing)常(chang)與光遺傳(chuan)學和(he)/或(huo)功能(neng)成(cheng)像(xiang)相(xiang)結合(he)。在(zai)這裏(li)，顯(xian)微(wei)移液(ye)管jian端用作電(dian)極(ji)，向細(xi)胞(bao)膜施加電(dian)壓(ya)（電(dian)勢）變(bian)化，以夾(jia)緊(jin)膜電(dian)勢或(huo)測量(liang)其(qi)中(zhong)引起的(de)變(bian)化。樣(yang)品可(ke)以是(shi)體(ti)外(wai)細(xi)胞(bao)或活神(shen)經(jing)元，也(ye)可(ke)以是(shi)樣(yang)本動(dong)物(wu)（通常(chang)是(shi)小(xiao)鼠(shu)）的(de)肌肉細(xi)胞(bao)。

通(tong)過(guo)使用壹個非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)微(wei)量移液(ye)管孔(kong)，可(ke)以對(dui)含(han)有(you)從(cong)單個離(li)子(zi)通道(dao)蛋白(bai)（典型的移液(ye)管直徑(jing)<0.3µm）到(dao)數(shu)百個離(li)子(zi)通道(dao)的貼(tie)片或(huo)膜(mo)進行采樣(yang)。因(yin)此(ci)，研究人員需要(yao)壹(yi)種以亞微(wei)米(mi)精(jing)度定(ding)位(wei)這種移(yi)液(ye)管的方法。此(ci)外(wai)，這些(xie)實(shi)驗大(da)多(duo)是(shi)在(zai)光學顯(xian)微(wei)鏡下(xia)進(jin)行(xing)的(de)，通常(chang)在(zai)物(wu)鏡下(xia)的(de)工(gong)作(zuo)距離(li)小(xiao)於2mm。因(yin)此(ci)，探針必(bi)須(xu)在(zai)非(fei)常(chang)有(you)限的(de)角(jiao)度(du)範(fan)圍(wei)內進入(ru)樣(yang)品。

在(zai)這些(xie)嚴(yan)格的限(xian)制(zhi)下實(shi)現簡單(dan)的探針和(he)移(yi)液(ye)管放置(zhi)和(he)更(geng)換(huan)並非(fei)易事。通(tong)常(chang)，使用多(duo)軸組(zu)件，其(qi)中(zhong)大(da)多(duo)數(shu)軸都(dou)配備了粗調和(he)微(wei)調。這些(xie)至(zhi)少包括XYZ調整(zheng)和旋(xuan)轉(zhuan)動(dong)作(zuo)，以使組(zu)件(jian)在(zai)樣(yang)品場內外(wai)擺(bai)動(dong)。最(zui)重(zhong)要的(de)是(shi)，這些(xie)包括與電(dian)極(ji)jian端(duan)對(dui)齊(qi)的(de)專(zhuan)用第四線性(xing)軸。

這種線(xian)性(xing)運(yun)動(dong)常(chang)用交叉(cha)滾柱軸承平移(yi)臺，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)能(neng)夠(gou)提供(gong)精(jing)確的(de)線性(xing)運(yun)動(dong)（消除俯仰和偏(pian)航），壽命(ming)極(ji)長。在(zai)簡單的設置(zhi)中(zhong)，所(suo)有(you)的運(yun)動(dong)都(dou)是(shi)使用粗針和(he)細(xi)針驅(qu)動(dong)螺釘手(shou)動(dong)控(kong)制(zhi)的。但(dan)在(zai)越(yue)來越(yue)復(fu)雜的實(shi)驗(yan)中(zhong)，為了(le)提高(gao)數(shu)據(ju)吞吐(tu)量，壹(yi)些或所有(you)軸都(dou)是(shi)電(dian)動(dong)的(de)，用於自動(dong)化(hua)操(cao)作(zuo)。在(zai)這裏(li)，用戶(hu)可(ke)以選(xuan)擇基於直流(liu)電(dian)機、步(bu)進電(dian)機、液(ye)壓(ya)或壓(ya)電(dian)元件的(de)促動(dong)器(qi)。電(dian)信號通(tong)常(chang)非(fei)常(chang)小(xiao)，這就是(shi)為什麽移液(ye)管電(dian)極(ji)直(zhi)接(jie)安裝在(zai)前置(zhi)放(fang)大(da)器(qi)頭部(bu)階段上的原因(yin)——低信號意(yi)味著低噪聲至關(guan)重(zhong)要。因(yin)此(ci)，直(zhi)流(liu)電(dian)機通(tong)常(chang)是(shi)膜片鉗研究的(de)首先(xian)選(xuan)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)在(zai)靜止(zhi)時不(bu)持(chi)續消耗(hao)電(dian)流。這最(zui)大(da)限度地減(jian)少了(le)樣(yang)品周(zhou)圍的(de)電(dian)噪聲。

液(ye)壓(ya)促動(dong)器(qi)在(zai)膜片鉗組件(jian)中(zhong)也(ye)很(hen)受(shou)歡迎。液(ye)壓(ya)系(xi)統(tong)的響應性(xing)意(yi)味著它(ta)們(men)特(te)別(bie)適(shi)合(he)要求(qiu)苛(ke)刻(ke)的研究應(ying)用，標準(zhun)的(de)電(dian)池(chi)直徑(jing)約為(wei)10µm或(huo)更(geng)小(xiao)。它(ta)們(men)通常(chang)是(shi)細(xi)胞(bao)內記(ji)錄的(de)最佳(jia)解決(jue)方案(an)，在(zai)這種情況下(xia)，需要(yao)突(tu)然的(de)刺(ci)穿動(dong)作(zuo)才(cai)能(neng)用鋒利(li)的電(dian)極(ji)刺(ci)穿細(xi)胞(bao)。壹般(ban)來說，這些(xie)類型的實驗(yan)持續時間不(bu)到(dao)20分(fen)鐘(zhong)，因(yin)此(ci)液(ye)壓(ya)系(xi)統(tong)常(chang)見(jian)的輕(qing)微長期(qi)漂移不(bu)是(shi)問題(ti)。

進(jin)行(xing)快(kuai)速刺(ci)穿運動(dong)的(de)能(neng)力(li)是(shi)液(ye)壓(ya)系(xi)統(tong)通常(chang)首先(xian)選(xuan)用於微註(zhu)射型(xing)應用的原因(yin)。例如，它們在(zai)臨床應用中被(bei)廣泛用於與體(ti)外(wai)受精(jing)（IVF）實(shi)驗(yan)室(shi)相(xiang)關(guan)的(de)任務(wu)，以進行(xing)遺傳(chuan)物(wu)質(zhi)轉移(yi)和(he)受(shou)精(jing)。

在(zai)膜片鉗研究中(zhong)，壹個關(guan)鍵(jian)趨(qu)勢是(shi)速度的提高(gao)。典型的細(xi)胞(bao)反應(ying)曲(qu)線(xian)在(zai)200µs以下測(ce)量(liang)。為了獲得(de)有(you)用的實(shi)時數(shu)據(ju)，研究人員需要(yao)在(zai)類似的(de)時間尺(chi)度(du)上啟動(dong)和(he)終(zhong)止刺(ci)激和監(jian)測(ce)功能(neng)。壹(yi)個非(fei)常(chang)寶貴(gui)的工(gong)具是(shi)θ微量移液(ye)器(qi)，其(qi)中(zhong)沿(yan)著jian*端(duan)長度(du)延(yan)伸(shen)的隔(ge)膜(mo)可(ke)以應用兩種不(bu)同的溶液(ye)和(he)兩(liang)個獨(du)立的(de)電(dian)觸點。移(yi)液(ye)管兩側(ce)之間的快(kuai)速切(qie)換(huan)需要與移(yi)液(ye)管軸成(cheng)90°的(de)快(kuai)速橫(heng)向運(yun)動(dong)，且不(bu)會(hui)產生任何(he)音叉(cha)響(xiang)。直流(liu)電(dian)機和(he)液(ye)壓(ya)系(xi)統(tong)都不(bu)能(neng)準(zhun)確、輕(qing)松地(di)提供(gong)這種高(gao)速運動(dong)。相(xiang)反(fan)，壓(ya)電(dian)致動(dong)器(qi)能(neng)夠(gou)達到(dao)所需(xu)的(de)開關(guan)速(su)度，但總行(xing)程範圍(wei)為250µm或(huo)更(geng)小(xiao)，因(yin)此(ci)不(bu)適(shi)合(he)移液(ye)管的整(zheng)體(ti)定(ding)位(wei)。

為(wei)了(le)解決(jue)這壹(yi)挑(tiao)戰，光機制(zhi)造商(shang)開發(fa)了混(hun)合(he)技術的多(duo)軸系(xi)統(tong)。壹個例子(zi)是(shi)Siskiyou的(de)MXPZT-300系(xi)列(lie)，它具有(you)四個線(xian)性(xing)軸（X、Y、Z和(he)探頭軸），每(mei)個軸由細(xi)螺距手(shou)動(dong)螺釘驅(qu)動(dong)的(de)超穩(wen)定(ding)交叉(cha)滾柱軸承微操作器(qi)提供(gong)20mm的(de)運(yun)動(dong)。這些(xie)都(dou)允許(xu)θ探頭的精(jing)確定(ding)位(wei)。壓(ya)電(dian)撓曲(qu)結合(he)在(zai)探頭軸上，提供(gong)該軸橫(heng)向的(de)快(kuai)速運(yun)動(dong)。這使(shi)得(de)探針jian*端(duan)兩(liang)側(ce)之間能(neng)夠(gou)快(kuai)速切(qie)換(huan)，最高(gao)可(ke)達50µm/msec。

這種類型的系(xi)統(tong)也(ye)有(you)兩種鏡像(xiang)形(xing)式(shi)，可(ke)以從(cong)顯(xian)微(wei)鏡實(shi)驗(yan)的(de)右(you)側(ce)或左側(ce)進行訪(fang)問(wen)。這簡(jian)化(hua)了復(fu)雜設置(zhi)中(zhong)的(de)集(ji)成(cheng)，並(bing)使(shi)兩(liang)個探頭能(neng)夠(gou)在(zai)同壹實(shi)驗中(zhong)分(fen)別(bie)使(shi)用，每(mei)側(ce)壹個。

此(ci)外(wai)，移液(ye)管jian*端的(de)快(kuai)速來回(hui)運(yun)動(dong)極(ji)有(you)可(ke)能(neng)導(dao)致振動(dong)，因(yin)此(ci)這些(xie)系(xi)統(tong)在(zai)智(zhi)能(neng)控(kong)制(zhi)板中(zhong)集(ji)成(cheng)了(le)共振抑制(zhi)算(suan)法，該控(kong)制(zhi)板為(wei)壓(ya)電(dian)撓性(xing)件(jian)提(ti)供(gong)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)。雖(sui)然這些(xie)都(dou)是(shi)工廠(chang)優化(hua)和(he)設置(zhi)的(de)，但(dan)用戶(hu)可(ke)以選(xuan)擇“調整(zheng)"主動(dong)阻(zu)尼，以匹(pi)配具(ju)體(ti)設(she)置(zhi)中(zhong)的(de)有(you)問題(ti)振(zhen)動(dong)。

MXPZT-300 系(xi)列(lie)

MXPZT-300系(xi)列(lie)使用高(gao)速壓(ya)電(dian)撓(nao)性(xing)導(dao)向納(na)米(mi)定位(wei)器(qi)在(zai)溶液(ye)切(qie)換(huan)應用中移(yi)動(dong)移(yi)液(ye)管jian的端(duan)。它使θ玻(bo)璃(li)溶液(ye)流(liu)相(xiang)對(dui)於記(ji)錄電(dian)極(ji)的(de)切(qie)換(huan)非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)理論(lun)最大(da)速度；典型的細(xi)胞(bao)響應(ying)曲(qu)線(xian)在(zai)200µs以下。該系(xi)統(tong)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)測量(liang)細(xi)胞(bao)對(dui)溶液(ye)中(zhong)藥(yao)物(wu)或其(qi)他(ta)元素的反(fan)應(ying)。

壓(ya)電(dian)運動(dong)由普(pu)通(tong)記(ji)錄放(fang)大(da)器(qi)設備的輸入(ru)觸發(fa)，該設備可(ke)以控(kong)制(zhi)間隔頻(pin)率(lv)和(he)停(ting)留(liu)時間。MXPZT-300包括壓(ya)電(dian)放大(da)器(qi)箱和(he)輸入(ru)整(zheng)形(xing)板，可(ke)顯(xian)著(zhu)減(jian)少移(yi)液(ye)管jian端振(zhen)動(dong)。它(ta)可(ke)以重(zhong)新(xin)編程，以幾乎消除特(te)定(ding)配置(zhi)有(you)的共振。

橫(heng)向行(xing)程為250µm的(de)壓(ya)電(dian)柔性(xing)導(dao)向納(na)米(mi)定位(wei)器(qi)安裝在(zai)我們超穩(wen)定(ding)的(de)MX1640交叉(cha)輥(gun)微操(cao)作(zuo)器(qi)上。MX1640在(zai)所有(you)四個軸上都有(you)20mm的(de)行(xing)程。第四軸可(ke)以設置(zhi)為(wei)任何(he)角度(du)，以選(xuan)擇所需(xu)的(de)方法。該軸結合(he)了我們的(de)MXC-45，允許(xu)壓(ya)電(dian)/移(yi)液(ye)管組件(jian)在(zai)實驗中向上和向外(wai)旋轉(zhuan)，以便於更(geng)換(huan)玻(bo)璃(li)。MX1640的(de)底(di)座(zuo)有(you)壹個內置(zhi)的(de)粗(cu)調，用於整(zheng)個機(ji)械(xie)手的(de)旋轉(zhuan)，也(ye)可(ke)以與我們的(de)MX-RS旋(xuan)轉(zhuan)臺壹(yi)起使用，以實現更(geng)精(jing)確的(de)運動(dong)。