專利名稱：生物樣本的活動信號測量裝置和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對細胞等生物樣本產(chǎn)生的活動信號進行測量的裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，伴隨生物樣本活動而產(chǎn)生的物理化學(xué)性的信號，作為電信號和通過在生物樣本中加入的指示劑而產(chǎn)生的熒光強度信號等的數(shù)字信號，被測定裝置取入并測定。例如，在以單一通道級別進行測定的情況下，由通過使用了膜片鉗等微小電極探針和專用的控制裝置的電氣生理測定裝置獲得的表示通道通過電量的數(shù)字信號，計算通道的開閉時間、定時、次數(shù)等來測定細胞的通道活性度。
膜片鉗法是使用微型移液管的前端部分的細胞膜的微小部分(膜片)，由微小電極探針電氣地記錄通過單一的通道蛋白質(zhì)分子作媒介的離子輸送的方法。膜片鉗法在細胞生物學(xué)的技術(shù)中，是能夠以實時方式調(diào)查一個蛋白質(zhì)分子的機能的少數(shù)方法之一(例如，參照《細胞の分子生物學(xué)》，第3版，Garland Publishing、Inc.、New York、1994、日本語版、中村桂子等編譯、181～182頁，1995年，教育社)。
熒光色素法，是根據(jù)特定的離子的濃度變化，將產(chǎn)生光的發(fā)光指示藥或熒光色素與圖像處理法進行組合，由此來測定細胞的電活動的方法。例如，根據(jù)使用CCD攝像機攝影的細胞的熒光圖像，監(jiān)視細胞內(nèi)的離子的移動。在熒光色素法中，細胞全體的離子通道活性，通常是通過熒光測定法測定流入細胞內(nèi)的離子的全體量。
可是，膜片鉗法在微型移液管的制作和其操作等方面需要特殊的技術(shù)，在一個樣本的測定上需要很長時間，因此不適合以高速方式篩選大量的侯選藥品化合物。而熒光色素法能夠以高速方式篩選大量的侯選藥品化合物，但需要對細胞進行染色的工序，在測定中，除了色素的影響造成的背景大以外，還會隨著時間而脫色，因此存在著S/N比較差這樣的缺點。
作為公開有觀察生物樣本的電氣化學(xué)性變化的方法的現(xiàn)有文獻，可列舉出(日本)專利第2949845號、美國專利第5810725號、美國專利第5563067號、特開平9-827318號、國際公開第01/25769號、美國專利第5187069號、國際公開第98/54294號、國際公開第99/66329號、國際公開第99/31503號等。
(日本)專利第2949845號、美國專利第5810725號、美國專利第5563067號、以及特開平9-827318號公開了一體化復(fù)合電極和使用該電極的測量系統(tǒng)，其特征在于使用光刻技術(shù)在玻璃基板上構(gòu)成微小電極，能夠以多點方式在細胞外測定細胞的電氣變化。
國際公開第01/25769號公開了在絕緣基板上具有通孔、在該通孔中配置包含離子通道的細胞等的生物樣本、由此在細胞等和絕緣基板表面上構(gòu)成吉歐封接(giga-seal)、使用在由該吉歐封接隔開的兩個區(qū)域中設(shè)置的基準(zhǔn)電極和測定電極、可以測定離子通過離子通道時所產(chǎn)生的電流的基板。
美國專利第5187069號公開了在電極上培養(yǎng)細胞、測定阻抗變化、由此可以監(jiān)視細胞增殖的裝置。
國際公開第98/54294號公開了在平板電極上粘結(jié)細胞、測定其電信號的裝置。
國際公開第99/66329號公開了利用電阻或阻抗變化來觀察多孔性材料上的細胞活動狀態(tài)的裝置及使用該裝置的化驗法。
國際公開第99/31503號公開了使用具有通孔的基板、通過在該通孔中收集細胞而形成膜片鉗、并測定電流變化的方法。
此外，作為本申請的在先例，可以列舉出特開平11-326166號公報、特開平5-157728號公報、以及特開昭62-73152號公報等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生物樣本的活動信號測量裝置和測量方法，可以容易、迅速并且高精度地檢測生物樣本所產(chǎn)生的活動信號。
本發(fā)明的上述目的由下述的生物樣本的活動信號測量裝置來實現(xiàn)，該生物樣本的活動信號測量裝置包括容納包含生物樣本的被測定液的測定腔室；至少在一個面上具有測定電極的多孔性絕緣基板；和，運送所述測定腔室內(nèi)的被測定液、使其從所述測定電極側(cè)通過所述多孔性絕緣基板的運送裝置；通過使所述運送裝置工作、在所述測定電極上捕捉被測定液中所包含的生物樣本，從而可以通過該測定電極對生物樣本的活動信號進行測量。
此外，本發(fā)明的上述目的由下述的生物樣本的活動信號測量方法來實現(xiàn)，該生物樣本的活動信號測量方法包括將包含生物樣本的被測定液注入測定腔室的步驟；從所述測定腔室運送被測定液、使其通過至少在一個面上具有測定電極的多孔性絕緣基板、由此在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟；和，通過所述測定電極對生物樣本的活動信號進行測量的步驟。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的主要部分概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1所示的裝置的主要部分放大圖。
圖3(A)和圖3(B)是表示生物樣本(細胞)的活動狀況的示意圖。
圖4是本發(fā)明第二實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略平面圖。
圖5是圖4所示的裝置的細胞隔離部的圖，圖5(A)是平面圖，圖5(B)是剖面圖。
圖6是圖4所示的裝置的多孔性絕緣基板的圖，圖6(A)是平面圖，圖6(B)是剖面圖。
圖7是表示圖4所示的裝置的局部剖面圖。
圖8是圖4所示的裝置的另一局部剖面圖。
圖9(A)和圖9(B)是表示本發(fā)明第三實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖10是表示相對于卡巴膽堿(Carbachol)濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值變動的圖。
圖11(A)和圖11(B)是表示本發(fā)明第四實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12是表示將卡巴膽堿投藥前后的標(biāo)準(zhǔn)偏差的偏差以正態(tài)分布方式近似的結(jié)果的圖。
圖13是表示將按照現(xiàn)有方法求出的卡巴膽堿投藥前后的標(biāo)準(zhǔn)偏差的偏差以正態(tài)分布方式近似的結(jié)果的圖。
圖14是表示將所得到的正態(tài)分布的平均值和半值寬度分別與基準(zhǔn)值比較時的間隔量的圖。
圖15是表示本發(fā)明的另一實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖16是表示本發(fā)明的又一實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖1是本發(fā)明的第一實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的主要部分概略結(jié)構(gòu)圖。該裝置的結(jié)構(gòu)是，在多孔性絕緣基板5的上面(配置生物樣本側(cè)的面)形成檢測細胞等的生物樣本的物理化學(xué)信號的測定電極1，從該測定電極1導(dǎo)出導(dǎo)線2。所謂物理化學(xué)信號是在細胞等的生物樣本所產(chǎn)生的信號之中，從細胞的離子通道這樣的測定對象的特定部位產(chǎn)生的信號，或者，起因于響應(yīng)藥劑的細胞的離子通道或受體的活性化這樣的測定對象中的特定現(xiàn)象而變化的信號等。
作為多孔性絕緣基板5，在本實施方式中使用尼龍網(wǎng)，但并不限于此，也可以使用纖維素混合酯、親水性聚偏氟乙烯、疏水性聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。具體地說，可優(yōu)選地使用Isopore(聚對苯二甲酸乙二醇酯制millipore社制)和Omnipore(聚四氟乙烯制millipore社制)等。此外，作為多孔性絕緣基板5的尺寸，通常選擇具有1～1000μm孔徑和1～10000μm厚度的多孔性絕緣基板。作為代表性的例子，可以列舉5μm的孔徑和10μm的厚度，但也可以采用100μm以上厚度的多孔性絕緣基板。
該測量裝置如下這樣制造。首先，在多孔性絕緣基板5上形成測定電極1和導(dǎo)線2。優(yōu)選通過導(dǎo)電性材料的濺射來形成測定電極1和導(dǎo)線2。在本實施方式中，使用金作為導(dǎo)電性材料，在氬等不活潑氣體的存在下，在處于低真空條件的一對電極間通過高頻產(chǎn)生等離子體，以離子能量轟擊陰極上的金，形成在位于相對向的陽極上的多孔性絕緣基板上。電極和導(dǎo)線的形成，除了濺射法以外，也可以通過真空蒸鍍法和印刷法等來形成。此外，作為導(dǎo)電性材料，也可以從鉑、銅、銀、銀和氯化銀、鉑和鉑黑等中選擇，取代使用金。此外，也可以使用由導(dǎo)電性塑料構(gòu)成的導(dǎo)電性材料。
在測定電極1的濺射時，優(yōu)選不使用掩模來形成，以使電極材料侵入多孔性絕緣基板5的內(nèi)部。另一方面，優(yōu)選預(yù)先用掩模(未圖示)覆蓋多孔性絕緣基板5后構(gòu)圖成導(dǎo)線2，抑制導(dǎo)電性材料對多孔性絕緣基板5內(nèi)部的侵入。
所形成的測定電極1的形狀，在本實施方式中為圓板狀，但也可以根據(jù)測定對象而形成為任意的形狀。此外，就測定電極1的尺寸而言，沒有特別的限制，在本實施方式中，具有與后述的測定腔室A的水平截面積大致相同大小的水平截面積。
這樣，在多孔性絕緣基板5上形成了測定電極1和導(dǎo)線2后，將該多孔性絕緣基板5夾置在細胞隔離部3和支承基板6之間。細胞隔離部3和支承基板6分別具有開口，使細胞隔離部3的開口、多孔性絕緣基板5的測定電極1和支承基板6的開口的各中心近乎一致地來配置。由此，形成由細胞隔離部3的開口壁和多孔性絕緣基板5確定的測定腔室A(相當(dāng)于圖1的細胞隔離部3中形成的開口部的空間全體)。細胞隔離部3和支承基板6由介于開口周邊的粘結(jié)劑構(gòu)成的粘結(jié)層4固定。該粘結(jié)層4優(yōu)選具有易剝離性和止水性，例如，可以列舉出單液型RTV橡膠(脫醋酸型)KT42T(信越化學(xué)工業(yè)株式會社)。
在測定腔室A的側(cè)壁上設(shè)置基準(zhǔn)電極7，基準(zhǔn)電極7浸漬在測定腔室A中容納的被測定液23中?；鶞?zhǔn)電極7提供用于檢測作為測定對象的生物樣本的活動信號的基準(zhǔn)電位，例如，由Ag-AgCl構(gòu)成。此外，作為被測定液23，可以例示出DMEM培養(yǎng)液，作為所培養(yǎng)的細胞，可以例示出源自動物的細胞。
測定腔室A的上部被蓋21覆蓋，由此可以防止被測定液23的蒸發(fā)。再有，根據(jù)被測定液23的種類和測定條件等，不一定需要蓋21，也可以形成不設(shè)置蓋21的結(jié)構(gòu)。
接著，在支承基板6的下面?zhèn)?，通過粘結(jié)層9來固定吸引線路配件8。吸引線路配件8具有從下向上錐狀擴大的吸引部8a、和連接至該吸引部8a的吸引線路8b，使吸引部8a與支承基板6的開口近乎一致地進行定位。這樣，形成由多孔性絕緣基板5、支承基板6的開口壁和吸引部8a的內(nèi)壁確定的吸引腔室B。該吸引線路配件8具有作為用于吸引并運送被測定液23的運送裝置的功能，使吸引線路8b連接至吸引泵(未圖示)。這樣，可以構(gòu)成生物樣本的活動信號測量裝置。
下面，說明使用該裝置的生物樣本的活動信號測量方法。首先，在測定腔室A中注入細胞培養(yǎng)液等的被測定液23。供給至測定腔室A的被測定液23的量，例如為50微升。
在吸引部8a中沒有吸引力作用的狀態(tài)下，通過多孔性絕緣基板5落到吸引腔室B的被測定液23的量很小，通常是測定腔室A中的被測定液23量的1/50以下。
接著，使吸引泵(未圖示)工作，吸引測定腔室A的被測定液23。由此，由于吸引腔室B被減壓，所以被測定液23通過多孔性絕緣基板5，并通過吸引腔室B沿箭頭所示的方向流過吸引線路8b。另一方面，被測定液23中所含的細胞等的生物樣本25，不能通過多孔性絕緣基板5，如圖2所示，被吸引至測定電極1上。該生物樣本25所產(chǎn)生的活動信號可以以測定電極1和基準(zhǔn)電極7之間產(chǎn)生的電位差的方式來檢測。例如，在生物樣本25是細胞的情況下，如圖3(A)所示，靜止?fàn)顟B(tài)的細胞的離子通道的開閉處于平衡狀態(tài)，每個通道的電導(dǎo)的變化小，所以產(chǎn)生電壓變化小，細胞膜附近電位的振幅近乎均勻。與此相對，如圖3(B)所示，活動狀態(tài)的細胞的離子通道的開閉處于非平衡狀態(tài)，每個通道的電導(dǎo)變化大，所以產(chǎn)生電壓變化大，細胞膜附近電位的振幅不均勻。因此，根據(jù)所檢測的電位差的時間序列變化，可以掌握細胞的活動狀態(tài)。
測定結(jié)束后，通過使吸引泵(未圖示)工作，同時向測定腔室A中供給生理鹽水等的清洗液來清洗裝置內(nèi)部，根據(jù)需要更換多孔性絕緣基板5后，將下次的被測定液23注入到測定腔室A中。這樣，例如對于包含作為侯選藥品的化合物的各種溶液，可以依次進行生物樣本的活動信號的測定。
這樣，根據(jù)本實施方式的測量方法，將被測定液23供給至測定腔室A中，僅借助吸引線路配件8進行吸引，就可以使生物樣本25粘貼在測定電極1上，可以增大接觸電阻，提高信號檢測靈敏度。而且，被測定液23的調(diào)換和清洗也可以通過吸引線路配件8在短時間內(nèi)進行。其結(jié)果是，可以容易、迅速并且高精度地檢測生物樣本的活動信號。
(實施方式2)圖4是本發(fā)明第二實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略平面圖。該裝置是將圖1所示的第一實施方式裝置中的測定電極1矩陣狀地配置16個，在本實施方式中，各測定電極1的直徑為2mm，相鄰的測定電極1的間隔為1mm。測定電極1的數(shù)目、配置、大小、形狀等不限定于本實施方式的數(shù)目、配置、大小、形狀等，而如果列舉一優(yōu)選例，則測定電極1的面積為1μm2～1cm2，形狀大致為圓或矩形，相鄰的測定電極1的間隔為10～10000μm，配置為矩陣狀。在本實施方式中，與上述第一實施方式同樣的構(gòu)成部分標(biāo)注相同的符號，省略詳細的說明。
在圖4中，測定電極1和與其連接的導(dǎo)線2被配置在多孔性絕緣基板5的表面?zhèn)?。也可以通過使熱或激光作用在多孔性絕緣基板5的表面上的多個導(dǎo)線2之間，破壞多孔性結(jié)構(gòu)來進一步提高絕緣性。此外，基準(zhǔn)電極7和與其連接的導(dǎo)線12，對應(yīng)于各測定電極1，分別設(shè)置在細胞隔離部3的開口內(nèi)壁和上面。細胞隔離部3通常由透明的材質(zhì)構(gòu)成。
圖5是細胞隔離部3的圖，圖5(A)是平面圖，圖5(B)是剖面圖，圖6是多孔性絕緣基板5的圖，圖6(A)是平面圖，圖6(B)是剖面圖。如圖5所示，測定腔室A形成在分別配置了多個測定電極(未圖示)的細胞隔離部3的各開口部中。如圖6(B)所示，測定電極1的形成是，通過以沒有掩模方式濺射導(dǎo)電性材料，從而含浸至多孔性絕緣基板5的內(nèi)部，另一方面，導(dǎo)線2的形成是，通過使在多孔性絕緣基板5的上面形成的掩模層10介于中間地進行濺射，從而抑制對多孔性絕緣基板5內(nèi)部的侵入。圖7和圖8是圖4所示的裝置的局部剖面圖，圖7放大地表示區(qū)域C，圖8放大地表示區(qū)域D。與第一實施方式同樣，通過被測定液23中所含有的細胞等的生物樣本25被吸引線路配件(未圖示)所吸引，吸附在測定電極1上。將吸引線路配件的吸引部(相當(dāng)于圖1的符號8a)對應(yīng)于各測定電極1設(shè)置多個，通過共用的吸引線路(相當(dāng)于圖1的符號8b)，可以將生物樣本25同時吸附在各生物樣本25上。由此，可以在短時間內(nèi)測量各種條件下的生物樣本的活動信號。通過對每個測定電極1單獨地設(shè)置吸引線路來取代設(shè)置共用的吸引線路，使生物樣本25對各測定電極1的吸附，分別為不同的定時。
(實施方式3)圖9是表示本發(fā)明第三實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。該裝置將上述第一實施方式的裝置作為測定部(信號源)101，具有對在該測定部101中檢測出的電信號進行處理的功能，如圖9(A)所示，包括單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部102、平均值計算部105、活性度評價部120和數(shù)據(jù)顯示部110。單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部102根據(jù)在測定部101中檢測出的時間序列數(shù)據(jù)，以規(guī)定的采樣數(shù)為單位來計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差。包含規(guī)定采樣數(shù)的各單位可以時間性地連續(xù)，或者也可以隔開一定的時間間隔。平均值計算部105計算出所獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值。活性度評價部120根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值，對生物樣本的活性度進行評價。活性度評價部120包括活性度計算部108和活性度分類部109，可以按照測量的目的，根據(jù)輸入的信息來計算活性度，同時與預(yù)先存儲的信息進行比較并將活性度進行分類。數(shù)據(jù)顯示部110將獲得的活性度進行畫面顯示。根據(jù)該裝置，從以一定的采樣速度取入的數(shù)字信號(規(guī)定的時間序列信號)中除去噪聲，例如可以提取、測定和分類表示離子通道的開閉的有用信號。
如圖9(B)所示，單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部102、平均值計算部105和活性度評價部108可以由內(nèi)置有記錄了用于執(zhí)行這些計算的程序的硬盤的計算機構(gòu)成，數(shù)據(jù)顯示部110可以由CRT構(gòu)成。再有，如圖9(B)所示，計算機還包括正態(tài)分布近似部103、刺激發(fā)生部104和平均值-半值寬度計算部106，關(guān)于它們將后述。
使用具有上述結(jié)構(gòu)的本實施方式的裝置，以由椎實螺調(diào)制的神經(jīng)細胞為材料，測定化學(xué)物質(zhì)卡巴膽堿(Carbachol)對于神經(jīng)細胞的作用?？ò湍憠A是已知的作為神經(jīng)傳遞物質(zhì)的乙酰膽堿的相似物的化學(xué)物質(zhì)。將卡巴膽堿(Sigma社制)溶解在人工腦-脊髓液中，按0、0.1、0.3、1、3、10、30和100μM的濃度分別測定作用于細胞時的細胞產(chǎn)生的電信號。然后，對于各卡巴膽堿濃度，從測定部101獲得的10秒期間的時間序列數(shù)據(jù)中采樣每100毫秒的時間序列數(shù)據(jù)，并計算標(biāo)準(zhǔn)偏差。繪制所得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值的結(jié)果示于圖10。
標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值表示細胞膜附近電位的擺動，利用該值可以評價離子通道的活性度。如圖10所示，隨著卡巴膽堿濃度增大，標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值也增大，但以10μM為峰值，標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值變小。這樣，根據(jù)本實施方式的測量方法和裝置，可以確認(rèn)椎實螺的神經(jīng)細胞的離子通道的活性依賴于卡巴膽堿濃度。而且，根據(jù)本實驗結(jié)果，可以類推神經(jīng)細胞的全部通道活性度。
(實施方式4)圖11是表示本發(fā)明第四實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖11(B)所示，該裝置具備與上述第三實施方式同樣的結(jié)構(gòu)(參照圖9(B))。而且，不使用圖9(A)的平均值計算部105，而使用正態(tài)分布近似部103和平均值-半值寬度計算部106，如圖11(A)那樣構(gòu)成。
正態(tài)分布近似部103將單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部102獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差分類為每規(guī)定寬度設(shè)定的多個等級。然后，以該等級作為X軸，在Y軸上繪制被分類為各等級的標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)目，將得到的曲線近似為正態(tài)分布。作為近似為正態(tài)分布的方法來說，可以列舉出指數(shù)減少、指數(shù)增加、高斯、勞倫茲、西格瑪、多重峰、非線性等的各種曲線近似解析。平均值-半值寬度計算部106計算獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度(峰高度一半的寬度)。
使用具有上述結(jié)構(gòu)的本實施方式的裝置，以由椎實螺調(diào)制的神經(jīng)細胞為材料，測定化學(xué)物質(zhì)卡巴膽堿對神經(jīng)細胞的作用。具體地說，根據(jù)對椎實螺的神經(jīng)細胞投藥50μM濃度的卡巴膽堿前后的測定部101的檢測信號，正態(tài)分布近似部103作成標(biāo)準(zhǔn)偏差的頻度分布。
圖12是根據(jù)卡巴膽堿投藥前后10秒期間的檢測信號組成的時間序列數(shù)據(jù)，由每5毫秒計算而得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差作成直方圖來近似為正態(tài)分布的結(jié)果，左側(cè)的曲線表示投藥前的狀態(tài)，右側(cè)的曲線表示投藥后的狀態(tài)。如圖12所示，可知通過投藥卡巴膽堿，標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值和半值寬度增大。平均值-半值寬度計算部106的計算結(jié)果是，投藥前的平均值和半值寬度為0.478和0.109，與此相對，投藥后的平均值和半值寬度為0.703和0.175。該結(jié)果表明，通過投藥卡巴膽堿，椎實螺神經(jīng)細胞的離子通道被激活，表示該激活的通道的開閉造成的活動電位的變動。
按與上述實驗同樣的條件，根據(jù)現(xiàn)有的細胞內(nèi)記錄法對投藥前后進行比較的結(jié)果示于圖13。本實施方式的測量方法是基于細胞外記錄法的測量方法，若對圖12和圖13進行比較，可知能夠獲得與細胞內(nèi)記錄法情況同樣的結(jié)果。這樣，根據(jù)本發(fā)明的測量方法，不使用現(xiàn)有的細胞內(nèi)記錄法，就可以容易地測定伴隨離子通道開閉的細胞活動和其變化。因此，例如即使在生物樣本和測定用裝置之間不形成高電阻的封接(吉歐封接)，也可以測量生物樣本的電氣變化，沒有損傷生物樣本的危險。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以對細胞的藥物投藥前后或相對于其投藥量的離子通道活性度的絕對值和通道活性度的增減進行比較，例如以下所示，可以進行藥物的作用效果的定性或定量的分類。
(實施方式5)通過細胞內(nèi)記錄法等已確認(rèn)以下事實平滑筋細胞的Ca離子通道的活性在10μM的去甲腎上腺素刺激時，受到硝苯吡啶產(chǎn)生的濃度依賴性的阻礙。在本實施方式中，說明使用上述第四實施方式的生物樣本的活動信號測量裝置來對藥劑進行評價的方法。
圖14是根據(jù)測定部101的檢測信號作成標(biāo)準(zhǔn)偏差的正態(tài)分布曲線、將該正態(tài)分布的平均值和半值寬度分別與基準(zhǔn)值比較時的間隔量作為相對移動值和相對擴展值(relative spread)來表示的結(jié)果。將硝苯吡啶的相對移動值和相對擴展值以各種濃度(0.1μM～100μM)作為參數(shù)預(yù)先存儲在數(shù)據(jù)庫中，對于兩種類的Ca通道阻礙藥A和B進行了作用效果的分類。
如圖14所示，化合物A(△)相對于各濃度的相對移動值和相對擴展值的特性與硝苯吡啶(○)大致相同，估計是與硝苯吡啶同樣的Ca離子通道阻礙劑。與此相對，化合物B(□)即使?jié)舛茸兓湎鄬σ苿又岛拖鄬U展值也幾乎不變化，特性與硝苯吡啶(○)極大地不同，所以認(rèn)為是不存在于平滑筋細胞中類型的Ca離子通道阻礙劑的可能性大。這樣，可以估計各種藥物的作用效果。
而且，根據(jù)圖14所示的相對移動值和相對擴展值，通過判斷距基準(zhǔn)值的間隔量是否存在于規(guī)定值的范圍內(nèi)(例如，圖中虛線所示的±5％的圓內(nèi))，可以高效率地進行藥品篩選。
(其它實施方式)以上說明了本發(fā)明的各實施方式，但本發(fā)明的具體方式不限定于上述實施方式。例如，在上述第四和第五實施方式中，使用將根據(jù)檢測信號而獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度分別與基準(zhǔn)值比較時的間隔量來進行評價，但也可以根據(jù)獲得的正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差(或分散)而采用適當(dāng)參數(shù)，對活性度進行評價。
此外，通過在圖11(A)所示的第四和第五實施方式的結(jié)構(gòu)中還包括樣本分開部111，也可以形成圖15所示的結(jié)構(gòu)。在對細胞膜上存在多種類的各離子通道的特征進行解析時，樣本分開部111是非常有效的手段。
此外，在圖11(A)所示的第四和第五實施方式的結(jié)構(gòu)中，僅使用一個測定部(信號源)101，但如第二實施方式所示，在具備多個測定電極101的情況下，也可以如圖16所示那樣構(gòu)成。在該測量裝置中，信號加法部107將選擇出的一個或多個測定部(信號源)101中產(chǎn)生的活動信號相加。對于各信號源101來說，通過從刺激發(fā)生部104提供刺激信號，可以同時刺激各生物樣本，由此可以使相加的多個活動信號的定時一致。
此外，在上述各實施方式中，通過設(shè)置吸引線路配件來吸引被測定液，構(gòu)成被測定液通過多孔性絕緣基板的結(jié)構(gòu)，但作為被測定液的運送手段，也可以取代吸引線路配件，設(shè)置加壓裝置，對測定腔室進行加壓，由此構(gòu)成被測定液通過多孔性絕緣基板的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述第三實施方式中，平均值計算部根據(jù)由單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部計算出的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差來計算平均值，但也可以將該多個標(biāo)準(zhǔn)偏差沿時間序列每隔一定數(shù)進行分組，在每個組中計算平均值。在各組的平均值沿時間序列增加的情況下，也可以鑒別該平均值達到規(guī)定值以上的時刻、和/或、平均值的增加率在規(guī)定值以下的時刻，并顯示在數(shù)據(jù)顯示部上。由此，可以獲得直至化學(xué)物質(zhì)對細胞活動產(chǎn)生影響的時滯標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種容易、迅速并且高精度地檢測生物樣本產(chǎn)生的活動信號的生物樣本的活動信號測量裝置和測量方法。
本發(fā)明例如可適用于高速藥品篩選和細胞診斷(例如，癌細胞和正常細胞的識別)等，可在手術(shù)等時以合法方式實施。
權(quán)利要求
1.一種生物樣本的活動信號測量方法，包括將包含生物樣本的被測定液注入測定腔室的步驟；從所述測定腔室運送被測定液，使其通過至少在一個面上具有測定電極的多孔性絕緣基板，由此在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟；和通過所述測定電極、對生物樣本的活動信號進行測量的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟包括吸引被測定液并使其通過所述多孔性絕緣基板的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟包括將容納在所述測定腔室中的被測定液全部運送排出的步驟，還包括在對所述活動信號進行測量后、將包含新的生物樣本的被測定液注入測定腔室的步驟，通過從所述測定腔室再次運送被測定液，重復(fù)進行生物樣本的活動信號的測量。
4.如權(quán)利要求3所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟包括將容納在所述測定腔室中的被測定液全部吸引并使其通過所述多孔性絕緣基板的步驟。
5.如權(quán)利要求3所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，還包括在對所述活動信號進行測量的步驟后、在將包含新的生物樣本的被測定液注入測定腔室中的步驟之前，更換所述多孔性絕緣基板的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，所述多孔性絕緣基板由孔徑為1～1000μm、厚度為1～10000μm的樹脂薄膜構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，所述多孔性絕緣基板還包括在一個面上使掩模層介于中間地形成并且電連接所述測定電極的導(dǎo)線，所述測定電極，與所述導(dǎo)線相比，侵入至所述多孔性絕緣基板的內(nèi)部來形成。
8.如權(quán)利要求7所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，所述測定電極和導(dǎo)線通過將導(dǎo)電材料濺射在所述多孔性絕緣基板的表面上來形成。
9.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，將所述被測定液注入測定腔室的步驟包括將相同或不同的被測定液分別注入到多個測定腔室的步驟，在所述測定電極上捕捉生物樣本的步驟包括通過與所述各測定腔室連通的共用的吸引線路吸引容納在所述各測定腔室中的被測定液、使其通過至少在一個面上具有對應(yīng)于所述各測定腔室分別設(shè)置的多個測定電極的多孔性絕緣基板、將相同或不同的生物樣本同時捕捉至所述各測定電極的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中包括根據(jù)通過所述測定電極輸出的活動信號的時間序列數(shù)據(jù)、以每規(guī)定的采樣數(shù)來計算標(biāo)準(zhǔn)偏差的步驟；計算獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值的步驟；根據(jù)獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值、對生物樣本的活性度進行評價的步驟；和顯示活性度的評價結(jié)果的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中包括根據(jù)通過所述測定電極輸出的活動信號的時間序列數(shù)據(jù)、以每規(guī)定的采樣數(shù)來計算標(biāo)準(zhǔn)偏差的步驟；將獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差分類為以每規(guī)定寬度設(shè)定的多個等級、并將該分類結(jié)果近似為正態(tài)分布的步驟；根據(jù)獲得的正態(tài)分布對生物樣本的活性度進行評價的步驟；和顯示活性度的評價結(jié)果的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，對所述活性度進行評價的步驟包括計算獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度的步驟；和，根據(jù)獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度、對活性度進行評價的步驟。
13.一種生物樣本的活動信號測量裝置，其中，包括容納包含生物樣本的被測定液的測定腔室；至少在一個面上具有測定電極的多孔性絕緣基板；和運送所述測定腔室內(nèi)的被測定液、使其從所述測定電極側(cè)通過所述多孔性絕緣基板的運送裝置；通過使所述運送裝置工作，在所述測定電極上捕捉包含在被測定液中的生物樣本，由此可以通過該測定電極對生物樣本的活動信號進行測量。
14.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，還包括設(shè)置在所述測定腔室內(nèi)的基準(zhǔn)電極。
15.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，所述運送裝置包括吸引被測定液并使其通過所述多孔性絕緣基板的吸引裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，將所述多孔性絕緣基板可自由拆裝地設(shè)置在所述測定腔室和所述吸引裝置之間。
17.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，所述多孔性絕緣基板由孔徑為1～1000μm、厚度為1～10000μm的樹脂薄膜構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，還包括電連接所述測定電極的導(dǎo)線，所述導(dǎo)線通過使掩模層介于中間地形成在所述多孔性絕緣基板的一個面上，所述測定電極，與所述導(dǎo)線相比，侵入至所述多孔性絕緣基板的內(nèi)部來形成。
19.如權(quán)利要求18所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，所述測定電極和導(dǎo)線通過將導(dǎo)電材料濺射在所述多孔性絕緣基板的表面上來形成。
20.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，包括多個所述測定腔室和所述測定電極，所述運送裝置具有與所述各測定腔室連通的共用的吸引線路，通過所述運送裝置的工作，可以在對應(yīng)的所述測定電極上同時捕捉容納在所述各測定腔室中的被測定液中所包含的生物樣本。
21.如權(quán)利要求20所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中，還包括分別設(shè)置在所述測定腔室內(nèi)的多個基準(zhǔn)電極。
22.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中還包括根據(jù)通過所述測定電極輸出的活動信號的時間序列數(shù)據(jù)、以每規(guī)定的采樣數(shù)來計算標(biāo)準(zhǔn)偏差的單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部件；計算獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值的平均值計算部件；根據(jù)獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值、對生物樣本的活性度進行評價的評價部件；和顯示活性度的評價結(jié)果的顯示部件。
23.如權(quán)利要求13所述的生物樣本的活動信號測量裝置，其中還包括根據(jù)通過所述測定電極輸出的活動信號的時間序列數(shù)據(jù)、以每規(guī)定的采樣數(shù)來計算標(biāo)準(zhǔn)偏差的單位標(biāo)準(zhǔn)偏差計算部件；將獲得的多個標(biāo)準(zhǔn)偏差分類為以每規(guī)定寬度設(shè)定的多個等級、并將該分類結(jié)果近似為正態(tài)分布的正態(tài)分布近似部件；根據(jù)獲得的正態(tài)分布對生物樣本的活性度進行評價的活性度評價部件；和顯示活性度的評價結(jié)果的顯示部件。
24.如權(quán)利要求23所述的生物樣本的活動信號測量方法，其中，還包括計算獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度的平均值-半值寬度計算部件，所述活性度評價部件根據(jù)獲得的正態(tài)分布的平均值和半值寬度，對活性度進行評價。
全文摘要
一種對生物樣本的活動信號進行測量的裝置，包括容納包含生物樣本的測定腔室(A)；至少在一個面上具有測定電極(1)的多孔性絕緣基板(5)；和，運送測定腔室(A)內(nèi)的被測定液使其從測定電極(1)側(cè)通過多孔性絕緣基板(5)的運送裝置(8)，通過使運送裝置(8)的工作，在測定電極(1)上捕捉在被測定液中所包含的生物樣本，從而可以通過測定電極(1)來測量生物樣本的活動信號。根據(jù)該裝置，可以容易、迅速并且高精度地檢測生物樣本產(chǎn)生的活動信號。
文檔編號G01N33/487GK1633595SQ0380187
公開日2005年6月29日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月13日
發(fā)明者岡弘章, 尾崎亙彥, 杉原宏和 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社