(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するハンドヘルド装置のための使い捨てのピペットチップであって、前記ハンドヘルド装置は、ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを備えるハンドヘルドボディを含み、使い捨てのピペットチップは流体のための経路を含み、該経路は、ピペットチップの開口端を、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜が分析基板の所定のサイトに保持されるときに前記イオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続し、使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で前記ハンドヘルド装置のボディに取り外し可能なように取り付けられるように、かつハンドヘルドボディのポンプと前記経路との間の水力学的接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成され、ピペットチップは複数の層を含む積層構造を含み、前記層の１つは少なくとも１つの電極を含み、前記層の別の１つは、少なくとも１つの流体のための少なくとも１つのフローチャネルを含む、ピペットチップ。
【請求項２】
前記基板がパッチクランプ電極ユニットであり、少なくとも１つの電極が、試験溶液と接触するための電極を含む、請求項１に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項３】
前記層の第１の層が、内部および外部の試験溶液と接触するための電極を含み；
前記層の第３の層が、外部の試験溶液の、前記第１の層の上面における及び廃棄物容器の中への移動を容易にするチャネルを含む外部溶液層を含み；
前記層の第４の層が、前記外部の試験溶液の、前記第１の層の底面における及び廃棄物容器の中への移動を容易にするチャネルを含む内部溶液層を含む、請求項１または２に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項４】
前記第１の層がプリント回路基板を含む、請求項３に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項５】
前記第１の層と前記第３の層との間に、ガスケットを含む第２の層を更に含む、請求項３または４に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項６】
更に、前記内部の試験溶液を分離するために、バルブが前記第４の層に存在する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項７】
前記第３の層が、隔膜によって前記第４の層から隔てられる、請求項３〜６のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項８】
細胞内流体をピペットチップの中に吸引するための導管を更に含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項９】
ピペットチップが前記ハンドヘルド装置のハンドヘルドボディから分離されるとき、前記導管は外部の吸引装置に接続可能である、請求項８に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項１０】
ピペットチップがハンドヘルド装置に接続されるとき、前記導管は前記ハンドヘルド装置のハンドヘルドボディ内に収容される吸引装置に接続可能である、請求項８に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項１１】
前記導管が、ピペットチップの残部から突き出る吸引筒に設けられ、前記吸引筒は、バルブ構造を通じてピペットチップの残部に接続される、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項１２】
前記バルブ構造が、手で曲げることにより吸引チップをピペットチップの残部に対して閉じ得る屈曲部を含む、請求項１１に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項１３】
前記基板が、基板の電極に対する電気コネクタを支持するプリント回路基板（ＰＣＢ）に印刷される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ。
【請求項１４】
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するためのハンドヘルド装置であって、装置は：
・ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含むハンドヘルドボディ；
・請求項１〜１３のいずれか１項に記載の使い捨てのピペットチップ；
を含み、
ハンドヘルドボディおよび使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態でピペットチップをボディに取り外し可能なように取り付けるように、ハンドヘルドボディのポンプと前記経路との間の水力学的接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成され、ハンドヘルドボディの電子制御装置は：
・ポンプを操作して、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を、流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引し；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の前記電極の少なくとも１つに接触させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定し、同時に前記電極の１つからの電流を記録し；かつ
・記録された電流を代表するデータを出力する
ように構成される、装置。
【請求項１５】
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析する方法であって、以下の工程：
・ハンドヘルドボディを提供する工程であって、ボディはポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含む、工程；
・ボディから分離した使い捨てのピペットチップを提供する工程であって、ピペットチップは流体のための経路を含み、該経路は、ピペットチップの開口端を、前記脂質細胞膜が基板の所定のサイトに保持されるときに前記イオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続し、ピペットチップは複数の層を含む積層構造を含み、前記層の１つは少なくとも１つの電極を含み、前記層の別の１つは、少なくとも１つの流体のための少なくとも１つのフローチャネルを含む、工程；
・ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で、ピペットチップをボディに取り外し可能なように取り付ける工程であって、ハンドヘルドボディのポンプは、水力工学的に前記経路に接続され、電子制御装置は、基板の電極の少なくとも１つに電気的に接続される、工程；
・ポンプを操作して、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を、流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引する工程；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の前記電極の少なくとも１つに接触させながら、かつ電子制御装置に前記電極の１つからの電流を記録させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定する工程；ならびに
・記録された電流を代表するデータを制御装置に出力させる工程
を含む、方法。
【請求項１６】
脂質細胞膜をピペットチップの流体経路の中に吸引し得るように、ピペットチップの開口端における開口部が脂質細胞膜より大きい、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンチャネル含有膜、通常は細胞等の脂質膜含有構造体のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するためのハンドヘルド（または手持ち式もしくは携帯用）システムに関する。また、本発明は、電気生理学的測定構成を確立するための基板および方法であって、１以上の細胞膜が、測定電極を備える構成において高抵抗性シールを形成し、それにより細胞膜を通る電流の決定（または測定）およびモニタリングが可能になる、基板および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜のパッチ（または膜片）を電気的に分離し、電圧固定状態の下でそのパッチにおけるイオンチャネルを研究するという概念は、Ｎｅｈｅｒ、ＳａｋｍａｎｎおよびＳｔｅｉｎｂａｃｈによって、「Ｔｈｅ  Ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐａｔｃｈ  Ｃｌａｍｐ，Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔｓ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｏｐｅｎ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ  Ｉｎ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ」（Ｐｆｌｕｅｇｅｒ  Ａｒｃｈ．、第３７５巻、第２１９〜２７８頁、１９７８年）において概説された。著者らは、アセチルコリン（ＡＣｈ）の入ったピペットを筋細胞膜の表面に押し付けることにより、ＡＣｈで活性化されるイオンチャネルの開閉に起因する電流の離散的な急変（ｊｕｍｐ）が観察可能であることを発見した。しかし、彼らは、ピペットのガラスと膜との間のシール抵抗（１０〜５０ＭΩ）がチャネルの抵抗（１０ＧΩ）と比較して非常に小さいという事実により、彼らの研究が制限された。そのようなシールによりもたらされる電気的ノイズは、抵抗に反比例し、ＡＣｈチャネルのコンダクタンスよりコンダクタンスが小さいイオンチャネルを通って流れる電流を不明瞭にするのに十分なほど大きかった。また、それにより、生じるであろうシールを通る大電流を原因として、ピペットにおける電圧をバスの電圧と異なる値に固定することが妨げられた。
【０００３】
そこで、ガラスピペットを先端熱加工することにより、およびピペットの内部を吸引することにより、細胞の表面を用いて非常に抵抗の高い（１〜１００ＧΩ）シールを得ることができたことが発見された。このギガシール（ｇｉｇａ−ｓｅａｌ）により、生物学的に対象となる多数のチャネルを研究し得るレベルにノイズが１桁低減し、これらの研究が実施可能な電圧範囲が大いに拡大した。この改良されたシールは、「ギガシール」とよばれ、ピペットは「パッチピペット」とよばれている。ギガシールのより詳細な説明は、Ｏ．Ｐ．Ｈａｍｉｌｌ、Ａ．Ｍａｒｔｙ、Ｅ．Ｎｅｈｅｒ、Ｂ．ＳａｋｍａｎｎおよびＦ．Ｊ．Ｓｉｇｗｏｒｔｈの「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｐａｔｃｈ−ｃｌａｍｐ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇｓ  ｆｒｏｍ  ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  ｃｅｌｌ−ｆｒｅｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｐａｔｃｈｅｓ」（Ｐｆｌｕｅｇｅｒｓ  Ａｒｃｈ．、第３９１巻、第８５〜１００頁、１９８１年）において見つけることができる。パッチクランプ技術の開発における彼らの研究に対して、ＮｅｈｅｒおよびＳａｋｍａｎｎは１９９１年のノーベル医学・生理学賞を受賞した。
【０００４】
イオンチャネルは、細胞膜を横切る無機イオンの輸送を触媒する膜貫通タンパク質である。イオンチャネルは、活動電位の発生およびタイミング、シナプス伝達、ホルモンの分泌ならびに筋肉の収縮といった種々のプロセスに関与する。多くの薬品は、イオンチャネルの調節によって特定の効果を発揮する。例として、脳において電位依存性Ｎａ＋チャネルを阻害するフェニトインおよびラモトリジンのような抗てんかん化合物、平滑筋細胞において電位依存性Ｃａ２＋チャネルを阻害するニフェジピンおよびジルチアゼムのような抗高血圧薬、ならびに膵臓においてＡＴＰ調節性Ｋ＋チャネルを阻害するグリベンクラミドおよびトルブタミドのようなインスリン放出刺激物質（または刺激薬）が挙げられる。化学的に誘発されるイオンチャネルの活動の調節に加えて、パッチクランプ技術により、科学者が電位依存性チャネルを用いてマニピュレーション（または操作）を実施することが可能になった。これらの技術は、パッチピペットにおいて電極の極性を調節すること、および塩類溶液（ｓａｌｉｎｅ）の組成を変化させてバスの溶液における自由イオンのレベルを調節（または緩和）することを含む。
【０００５】
パッチクランプ技術により、単一のイオンチャネルタンパク質を通るイオン流れの測定が可能となり、また、単一のイオンチャネルの薬品に対する応答の研究が可能となるので、この技術は生物学および医学において重要な発展を示している。簡潔にいえば、標準的なパッチクランプ技術において、細い（直径約０．５〜２μ）ガラスピペットが用いられる。このパッチピペットのチップは細胞膜の表面に押し付けられる。ピペットチップは、細胞を密閉し、膜の小さいパッチにおける数個のイオンチャネルタンパク質を分離する。これらのチャネルの活動は、個別に測定可能であり（単一チャネルの記録）、あるいは別法として、パッチを破断させることができ、それにより、細胞膜全体のチャネルの活動の測定（全細胞（またはホールセル、ｗｈｏｌｅ−ｃｅｌｌ）構成）が可能になる。全細胞の測定を実施するための、細胞内部への高コンダクタンスのアクセスは、ピペット内に負圧（または陰圧）をかけることにより膜を破断することによって得ることができる。
【０００６】
単一チャネルの記録および全細胞の記録の両方の間、個々のチャネルのサブタイプの活動は、膜を横切る「電圧固定」を課すことにより特徴付けることができる。電圧固定技術において、膜電流は一定の膜電位において記録される。あるいは―より正確には―増幅器は、実験者によって決められたレベルに膜電位を保持するのに必要な電流を正確に供給する。従って、イオンチャネルの開閉の結果として得られる電流は、膜を再充電することができない。
【０００７】
パッチクランプ技術のスループット（または処理能力）を決定する主な限定は、細胞およびピペットの位置特定および取り付け、ならびに細胞およびパッチに対する化合物の溶解をもたらす流体システムの性質である。常套的なパッチクランプの設定（ｓｅｔｕｐ）において、細胞は実験チャンバーに配置され、その実験チャンバーは、生理食塩水で連続的に灌流されてよい。これらのチャンバーにおける細胞−ピペット接続の確立は、時間がかかり且つ手間を要する。化合物は、少数の供給瓶に接続されるバルブに対する入り口を変更することによって適用される。必要とされる溶液の量（または体積）および試験すべき化合物の量は多い（即ち数百ミリリットル）。
【０００８】
パッチクランプ測定を実施するためのハイスループットシステムが提示されており、そのシステムは通常、細胞膜の電気的特性が決定され得る測定構成において細胞を保持するようになっている複数のサイトを備える基板で構成される。
【０００９】
Ｒｅｎｓｓｅｌａｅｒの米国特許第５，１８７，０９６号は、細胞の細胞−基板インピーダンスをモニタリングする装置を開示している。細胞は、電極において直接培養され、その後、それらの電極は複数の細胞で被覆される；よって、個々の細胞における測定を実施することはできない。
【００１０】
国際公開第９８／５４２９４号は、電極アレイを含むウェルを備える基板を開示している。ウェルおよび電極を備える基板は、ＣＶＤ（化学蒸着）およびエッチング技術を用いてシリコンに形成され、電極を囲む窒化ケイ素「不導態化」層を含む。細胞は、電極アレイにおいて直接培養される。基板は、電気生理学的特性を測定するようになっており、種々の提示される測定スキームを開示している。
【００１１】
Ｃｅｎｅｓの国際公開第９９／６６３２９号は、ウェルに配置される穿孔（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）および基板の両側に設けられる電極を備える基板を開示している。基板は、レーザーでシリコン基板に穿孔することにより形成され、表面が抗接着性材料でコーティングされてよい。基板は、穿孔を通る液体流れを形成する吸引（または吸引力）を用いて穿孔に細胞を配置することにより、穿孔の周りを囲む抗接着層を設けることにより、または細胞を電気的に案内することにより、細胞を用いてギガシールを確立するようになっている。全細胞の測定構成を提供するために、細胞は、電磁場または化学的方法によって透過処理され得る。ウェルにおける全ての穿孔、従って全ての測定可能な細胞は、１つの作用電極および１つの参照電極を共有する。
【００１２】
Ｖｏｇｅｌらの国際公開第９９／３１５０３号は、基板（担体もしくはキャリア）上のウェルに配置され且つ２つの区画を分ける流路を備える測定装置を開示している。測定装置は、流路の両側に配置され且つ流路の開口部に細胞を位置付けるようになっている２つの電極を含む。基板は、流路の開口部における細胞の位置決めを案内するために、疎水性部位および親水性部位を有してよい。
【００１３】
米国特許第６，９３２，８９３号（ＵＳ’８９３）は、イオンチャネル含有膜、一般に細胞等の脂質膜含有構造体のイオンチャネルの電気生理学的特性を測定および／またはモニタリングするためのハイスループットシステムに関する。システムは、細胞の準備、測定構成の準備、および多数の細胞における独立した測定の実施を含む自動化プロセスを実施する手段を提供する。また、ＵＳ’８９３の発明は、測定電極を備える構成において細胞膜が高抵抗性シールを形成する電気生理学的測定構成を確立するための基板および方法であって、細胞膜を通る電流の測定およびモニタリングを可能にする基板および方法に関する。より具体的には、発明は、電気浸透流を用いて細胞を測定サイトに自動的に位置決めする手段を提供する、そのような基板に関する。また、発明は、複数のサイトにおける細胞において並行して試験および測定を実施するための主電気回路に関する。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の実施形態は、電気生理学的測定を決定するためのハンドヘルドシステムの利点を提示することにより技術を改良する。パッチクランプ増幅器、デジタイザー、およびパッチクランプソフトウェアを実行するコンピュータに対する外部接続を必要とする他のパッチクランプシステムとは異なり、本出願人のシステムの実施形態は、自己内蔵型（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）である。更に、本出願人の発明の実施形態は、パッチクランプされた細胞を、対象となる溶液（即ち試験化合物）に運ぶという点で優れている。反対に、他の自動または半自動のパッチクランプシステムは、固定された位置におけるパッチクランプされた（１または複数の）細胞に対して溶液を移動させることを必要とする。更に、上述のハンドヘルドシステムの実施形態は、より大きい床置き型のパッチクランプ装置よりも手頃であり、従って、大学および中小企業にとってより入手しやすいだろう。
【００１５】
第１の態様において、本発明は、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するためのハンドヘルド装置を提供し、その装置は：
・ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含むハンドヘルドボディ；
・流体のための経路を含む使い捨てのピペットチップであって、上述の経路は、ピペットチップの開口端をピペットチップに含まれる分析基板に接続し、基板は、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜が基板の所定のサイトに保持されるとき、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている、ピペットチップ；
を含み、
ハンドヘルドボディおよび使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で、取り外し可能なようにピペットチップをボディに取り付けるように、ハンドヘルドボディのポンプと上述の経路との間の水力学的（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成され、ハンドヘルドボディの電子制御装置は：
・ポンプを操作して、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を、流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引し；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の上述の電極の少なくとも１つに接触させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定し、同時に上述の電極の１つからの電流を記録し；かつ
・記録された電流を代表するデータを出力する
ように構成される。
【００１６】
本発明はまた、本発明に係る上述のハンドヘルド装置のための使い捨てのピペットチップであって、流体のための経路を含む使い捨てのピペットチップを提供し、上述の経路は、ピペットチップの開口端を、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜が基板の所定のサイトに保持されるときに上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続し；使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で、上述のハンドヘルド装置のボディに取り外し可能なように取り付けられるように、かつハンドヘルドボディのポンプと上述の経路との間の水力学的接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成される。
【００１７】
本発明は更に、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析する方法を提供し、その方法は、下記の工程：
・ハンドヘルドボディを提供する工程であって、ボディは、ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含む、工程；
・ボディから分離した使い捨てのピペットチップを提供する工程であって、ピペットチップは流体のための経路を含み、上述の経路は、ピペットチップの開口端を、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜が基板の所定のサイトに保持されるときに上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続する、工程；
・ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で、ピペットチップをボディに取り外し可能なように取り付ける工程であって、ハンドヘルドボディのポンプは水力工学的に上述の経路に接続され、電子制御装置は、基板の上述の電極の少なくとも１つに電気的に接続される、工程；
・ポンプを操作して、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引する工程；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の上述の電極の少なくとも１つに接触させながら、かつ電子制御装置に上述の電極の１つからの電流を記録させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定する工程；ならびに
・記録された電流を代表するデータを制御装置に出力させる工程
を含む。
【００１８】
本明細書において用いる場合、用語「基板」は、パッチクランプ電極ユニットを指してよい。
【００１９】
少なくとも１つの電極は、好ましくは試験溶液と接触するための電極を含み、より好ましくは例えばパッチクランプ電極ユニットの測定電極および／または参照電極を含む。
【００２０】
ピペットチップは、例えば１、２、３、４、５またはそれより多くの層等の、複数の層を含む積層構造体を含んでよい。
【００２１】
層の１つは少なくとも１つの電極を含んでよい。例えば、内部および外部の試験溶液に接触するための電極は、一の層に含まれてよい。
【００２２】
上述の層の別の１つは、少なくとも１つの流体のための少なくとも１つのフローチャネルを含んでよい。例えば、チャネルは、例えば別の層の上面における、および廃棄物容器の中への外部の試験溶液の移動を容易にするために、一の層に設けられてよい。
【００２３】
上述の層の別の１つは、少なくとも１つの流体のための少なくとも１つのフローチャネルを含んでよい。例えば、少なくとも１つのフローチャネルは、別の層の底面における、および廃棄物容器の中への内部または外部の試験溶液の移動を容易にするために設けられてよい。
【００２４】
上述の層の１つは、プリント回路基板を含んでよい。
【００２５】
上述の層の１つは、他の層間のガスケットを含んでよい。
【００２６】
一の独立した態様において、本発明はまた、イオンチャネル含有脂質細胞膜における、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするためのハンドヘルド装置に関し、そのハンドヘルド装置は、１以上の流体を吸引するための使い捨てのピペットチップを固定するように構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）を含み、更に、上述の流体の１つは、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を有する細胞の個体群（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）であり、更に、上述の使い捨てのピペットチップは、１以上の流体を分離するための基板を含む。
【００２７】
更なる独立した態様において、本発明はまた、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするためのハンドヘルド装置に関し、その装置は、１以上の流体を吸引するための使い捨てのピペットチップを固定するように構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）を含み、更に、上述の流体の１つは、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を有する細胞の個体群であり、更に、上述の使い捨てのピペットチップは、上述の１以上の流体を分離するための少なくとも２つの経路を有する基板を含む。
【００２８】
更なる独立した態様において、本発明は、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするためのハンドヘルド装置に関し、その装置は、１以上の流体を吸引するための使い捨てのピペットチップを固定するように構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）を含み、更に、上述の流体の１つは、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を有する細胞の個体群であり、更に、上述の使い捨てのピペットチップは、上述の１以上の流体を分離するための少なくとも２つの経路を有する基板を含み、更に、上述の基板は、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を保持するための１以上のサイトと、１以上の作用電極と、各サイトを少なくとも１つの参照電極に電気的に接触させるように配置される１以上の参照電極とを含み、各サイトは、サイトの作用電極と参照電極との間で流れる電流が、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜における上述のイオンチャネルによって送られるように、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を保持するようになっている。
【００２９】
更なる独立した態様において、本発明は、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするためのハンドヘルド装置に関し、その装置は、１以上の流体を吸引するための使い捨てのピペットチップを固定するように構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）を含み、更に、上述の流体の１つは、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を有する細胞の個体群であり、更に、上述の使い捨てのピペットチップは１以上の層で構成され、更に、上述の１以上の層の少なくとも１つは、上述の１以上の流体の間の電気的接続の形成を可能にする１以上の電極を含む。
【００３０】
更なる独立した態様において、本発明はまた、イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするためのハンドヘルド装置に関し、その装置は、１以上の流体を吸引するための使い捨てのピペットチップを固定するように構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）を含み、上述の流体の少なくとも１つは、上述のイオンチャネル含有脂質細胞膜を有する細胞の個体群を含み、更に、上述の使い捨てのピペットチップは、５つの隣接する層（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）を含み：
上述の層の第１の層（ａ）は、内部および外部の試験溶液に接触させるための電極を含むプリント回路基板を含み；
上述の層の第２の層（ｂ）はガスケットを含み；
上述の層の第３の層（ｃ）は、上述のプリント回路基板の上面における、および廃棄物容器の中への上述の外部の試験溶液の移動を容易にするためのチャネルを備える外部溶液層を含み；
上述の層の第４の層（ｄ）は、上述のプリント回路基板の底面における、および廃棄物容器の中への上述の外部の試験溶液の移動を容易にするためのチャネルを備える内部溶液層を含み；更に、バルブが、上述の内部の試験溶液を分離するために上述の層（ｄ）に存在し；上述の層（ｃ）および（ｄ）は隔膜（ｅ）によって隔てられている。
【００３１】
ここで、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態の全体の概略図である。
【図２】図２は、本発明のハンドヘルド装置のハンドヘルドボディの内部の一の実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本発明のハンドヘルド装置のピペットチップの図である。
【図３ａ】図３ａは、図３のピペットチップのＰＣＢ層の図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３のピペットチップのガスケットの下部の図である。
【図３ｃ】図３ｃは、図３のピペットチップのガスケットの上部の図である。
【図３ｄ】図３ｄは、図３のピペットチップの外部層の図である。
【図３ｅ】図３ｅは、流体チャネルを備える外部層の図である。
【図３ｆ】図３ｆは、内部溶液層と外部溶液層とを隔てる隔膜の図である。
【図３ｇ】図３ｇは、流体チャネルと、内部溶液をピペットから分離し得るバルブとを含む内部溶液層の図である。
【図４】図４は、本発明に係るハンドヘルド装置のピペットチップの更なる実施形態の各実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明に係るハンドヘルド装置のピペットチップの更なる実施形態の各実施形態を示す。
【図６】図６は、本発明に係るハンドヘルド装置の一の実施形態におけるパッチクランプ分析のための基板の図である。
【図７】図７は、本発明に係るハンドヘルド装置の一の実施形態におけるパッチクランプ分析のための基板の図である。
【図８】図８は、液体の吸引および／またはサンプリングを容易にするための、本発明に係るピペットチップの一の実施形態に包含されるいわゆるソフトストップ（ｓｏｆｔ  ｓｔｏｐ）の操作原理を説明する。
【図９】図９は、液体の吸引および／またはサンプリングを容易にするための、本発明に係るピペットチップの一の実施形態に包含されるいわゆるソフトストップの操作原理を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書において、「外部の試験溶液」との表現は、「細胞外の生理溶液」を指し、「外部の」は細胞の外部を意味する。
【００３４】
「内部の試験溶液」との表現は、「細胞内の生理溶液」を指し、「内部の」は、細胞の内部、または細胞の内部との電気的および流体力学的接触をもたらすことが意図される溶液の内部を意味する。
【００３５】
本明細書において、外部の試験溶液および内部の試験溶液は流体ともよぶ。
【００３６】
本明細書において用いられる場合、用語「基板」は、イオンチャネルを含む脂質膜に付着または密接に機械的接触して電気抵抗の高いシールを形成する表面を指す。上述の表面は、細胞が所定の位置に保持されて電気生理学的測定が実施可能である。本明細書において用いられる場合、用語「基板」は、パッチクランプ電極ユニットを指してよい。
【００３７】
基板は、国際公開第２０１２／００４２９６号または国際公開第２０１２／００４２９７号（各々の開示は参照することにより本明細書に組み込まれる）に係るチップアセンブリを含んでよく、そのチップアセンブリで構成されてよく、またはそのチップアセンブリに含まれてよい。
【００３８】
本明細書において用いられる場合、用語「マイクロ流体チャネル」は、内部および外部溶液が中を通って移動するチャネルを指す。細胞／溶液は、空気力学的（または空気圧）制御の下で、ピペットチップにおける上述のマイクロ流体チャネルを通って移動するだろう。用語「管（ｃａｎａｌ）」は、用語「マイクロ流体チャネル」と同義である。
【００３９】
本出願において、１以上の細胞または人工膜等の、任意のイオン輸送チャネル含有脂質膜を読み取ることができる。
【００４０】
電気生理学的特性は、例えば、イオンチャネルを通る電流、イオンチャネルを横切る電位、またはイオンチャネル含有膜の静電容量（またはキャパシタンス）もしくはインピーダンスであり得る。更に、個々の試験化合物（通常は薬理学的薬品）を、膜を保持している位置または各々の膜を保持している位置に加えることが可能である。１より多くの膜を同時に分析する場合、個々の実験は各々の膜において実施可能である。一の実験は、試験化合物を加えることに対するイオンチャネル（電流）の応答を測定するものであり得る。
【００４１】
本発明の実施形態は、実験室の床置型またはベンチモデル（ｂｅｎｃｈ  ｍｏｄｅｌ）のパッチクランプ装置のタスクを実行する電気生理学的測定のための携帯型ハンドヘルド装置を提供する。装置は、概略的に図１および２で表される。具体的には、イオンチャネル含有脂質膜は、イオンチャネル含有脂質膜を含有するイオン溶液を備える流体チャネルにおいて圧力駆動流を用いることにより、一のサイトに配置されてよい。
【００４２】
従って、一の態様において、本発明は、イオンチャネル含有脂質膜におけるイオンチャネルの電気生理学的特性を決定および／またはモニタリングするための基板を提供し、上述の基板は：イオンチャネル含有脂質膜を保持するための第１のサイトであって、そのサイトは、基板において１以上の流路（ｐａｓｓａｇｅ）を含み、上述の流路の第１の端部は、基板の第１の上面部における第１の領域に接触しており、上述の流路の第２の端部は、第１の管における第２の領域に接触している、第１のサイトと、第１の領域と電気的に接触している参照電極と、第２の領域と電気的に接触している作用電極とを含み、上述の流路の第２の端部および第１の管は、第１の管におけるイオン溶液の流れが、上述の流路を通る第１の領域から第２の領域の中への流れを形成し得る（逆もまた同様）ような寸法であり、上述の流路の第１の端部は、サイトまたは多孔（またはマルチホール）基板の場合には複数のサイトにおいて保持されるイオンチャネル含有脂質膜と共にシールを形成するようになっている。基板、シールおよび脂質膜は、それにより、サイトの第１の領域を第２の領域から分離し、その結果、膜の１以上の電気的特性が、参照電極と作用電極との間の電気信号の測定および／またはモニタリングによって決定および／またはモニタリング可能である。
【００４３】
好ましくは、流路の第１の端部の寸法および材料組成は、サイトに保持されるイオンチャネル含有脂質膜と基板との間に高電気抵抗シールをもたらすように適合される。本明細書において、高電気抵抗シールは、基板および膜の隣接する表面間の経路（ｐａｔｈ）に沿う電気抵抗が１０ＭΩ以上、好ましくは１００ＭΩまたは１ＧΩより大きいオーダーであることを意味し、ギガシールとしても知られる。
【００４４】
管は、基板に形成されてよく、または、基板の表面部に形成された溝であって、次いで上述の表面部にもう１つの基板を配置することによって実質的に閉じられ、それにより管または筒を形成する溝からなってよい。
【００４５】
基板は、第１および第２の領域に接触する端部を有する流路を備える更なるサイトを含んでよい。従って、１より多くのサイトは第１の管を共有してよく、それにより、第１の管において発生する流れは、いくつかの流路における流れを並行して制御するのに使用可能である。
【００４６】
基板は、好ましくはイオン溶液を管に導入するための、管に対する第１の端部を更に含む。
【００４７】
従って、管および管の第１の端部の寸法、ならびに第２の領域に接触する電極の寸法および位置は、好ましくは、第１の端部を通じて導入されるイオン溶液が、第２の領域に接触する電極との電気的接触を形成するように適合される。イオン溶液の管の中への導入を援助するために、基板は、管に関連して配置される、管に配置される、または管の第１の端部に配置される親水性または疎水性の材料の１以上の部位を更に含んでよい。
【００４８】
好ましくは、イオンチャネル含有脂質膜は、流路の第１の端部と共にギガシール等の高電気抵抗シールを形成し、その結果、膜の１以上の電気的特性を、流れを発生させる電極間の電気信号を測定および／またはモニタリングすることにより、決定および／またはモニタリングすることができる。
【００４９】
高電気抵抗シールを確立した後、方法は、好ましくは、作用電極と参照電極との間に第１の電位差を連続的に印加して作用電極と参照電極との間を流れる第１の電流をモニタリングすることにより、一のサイトに保持されるイオンチャネル含有膜と流路の第１の端部との間の高電気抵抗シールを確認する工程を含む。第１の電流が所定の閾値電流と等しい又はそれより小さい場合、サイトは、イオンチャネル含有構造体と流路の第１の端部との間に許容可能なシールを有すると認められてよい。この方法の工程は、確立されたシールの特性を決定するのに用いられる。ギガシールが存在しない場合、大きなリーク電流が膜とサイトとの間に流れるだろう。ギガシールが確立される場合、電流は主として膜を通って流れ、リーク電流よりかなり小さいだろう。
【００５０】
また、高電気抵抗シールを確立した後、方法は、好ましくは、作用電極に最も近いイオンチャネル含有膜の一部を破断することにより全細胞の構成を確立する工程を含む。膜の一部の破断は、圧力パルスもしくは圧力勾配を適用することにより、またはパッチを形成する膜の領域を横切って作用電極と参照電極との間に一連の電圧パルスを適用することにより実施してよい。膜の破断は、作用電極と参照電極との間を流れる電流のモニタリングによって決定してよく、この電流が所定の閾値を超えると、膜は破断して、細胞内部との電気的接続および流体接続が可能になる。
【００５１】
本発明の一の実施形態において、本発明のハンドヘルド装置は、２つの主な構成要素を有する：
１．  コントロールボタンおよびディスプレイ、ヘッドステージおよび増幅器、ポンプおよびバルブ、空気力学的（または空気圧）／流体力学的制御装置、空気力学的（または空気圧）接続、ならびにＵＳＢインターフェースＵＳＢまたはイーサネットまたは他のシリアルインターフェースで構成されるハンドヘルドボディ（本明細書において「ピペットボディ」ともよぶ）。
２．  １以上の層で構成されるピペットチップであって、上述の層の１つは１以上の流体間の電気的接続を形成し得る電極を含む、ピペットチップ。上述のピペットチップは、流体チャネルを備えるガスケット、細胞外流体チャネルを備える層、細胞外流体層と細胞内流体層とを隔てる隔膜、細胞内流体チャネルを備える層を含んでもよい。
【００５２】
（ハンドヘルドボディ）
ハンドヘルドボディは、アルミニウムフレーム・コア、ならびに内部および外部構造の両方のための成形プラスチック部品を含んでよい。アルミニウムフレームは、構造的剛性および正確さ（または精密さ）を必要とする構成要素、例えばピペットチップのためのクランプ機構に用いられるだろう。装置の外部からの電気的干渉を防ぐため、および装置からの放射を防ぐための遮蔽が必要とされるだろう。ボディは、ファラデー箱としてはたらくために、高品質な導体の層で内部をコーティングしたプラスチックからなってよい。ファラデー箱は、「浮動アース／接地接続」としてはたらき、電気的ノイズから内部の電子機器を遮蔽するだろう。装置は、必要とされる場所に導電性シールを用いて、携帯型実験室装置に関する現在のＥＭＩ放射の基準を満たすように構成されるだろう。外部表面は絶縁され、使用者と内部電子部品との間の静電結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を低減する／排除するように予防措置がとられるだろう。装置内において、（ヘッドステージ電子機器およびデジタイザーを含む）記録回路は、操作の間にかなりの量の電磁放射を発生する他の構成要素、例えばポンプ、組込型コンピュータ、マイクロプロセッサおよびＬＣＤスクリーンから離れて取り付けられ、ピペットチップとの接続は、ノイズのピックアップおよび入力される静電容量を制限するために、できるだけ短い間保持されるだろう。ピペットチップのためのクランプ機構は、導電性であり（アルミニウムであり得）、ファラデー箱に電気的に隣接するだろう。「ファラデー箱」に接続されるだろう内部フレームは、これらの構成要素を互いに絶縁（または分離）するための遮蔽としてはたらいてもよい。電気的要件に加えて、装置は、疲労または繰り返しの作業による損傷のリスクなしに片手で操作するのに十分な軽さでなければならない。内部アルミニウムフレームは熱放出にも用いられ、装置の外部表面への熱の伝熱性経路が必要とされる可能性があるだろう。電池は、追加の電子機器と一緒に、成形ハンドル内に含まれるだろう。ハンドルの基部は、装置を載せるのに用いてよく、また、熱放射の手段として用いてよい。電池を充電するため及びコンピュータと接続するための外部電気接続手段は、外部ケースに設けられるだろう。チップのための電気コネクタは、繰り返し使用に適しており且つ機械的に又は液体（例えば塩溶液）による汚染により故障した場合に容易に交換される、低抵抗の接触子で作製されるだろう。装置の底部に通気孔が存在し、それにより、装置を操作する間に内部ポンプによって移動する少量の空気の廃棄が可能になるだろう。
【００５３】
（ハンドヘルドボディアセンブリ）
一の実施形態において、ピペットのボディは、内部フレームが中に適合する２つの成形された半分（またはハーフ）を含む。いくつかの構成要素は、フレームに直接ボルトで固定され、その他の構成要素はプラスチックケース／ボディにボルトで固定される。成形プラスチックボディの内部において、ねじ式の取り付け位置が設けられ、成形品は、（例えばハンドルにおける）重量により又はねじの存在により圧力がかかり得る場所において強化されるだろう。内部構造は、導電性プラスチックによっても分割されて、電子部品の遮蔽をもたらすだろう。モーターに対して防振取り付けを用いてよい。
【００５４】
（ピペットチップ）
一の実施形態において、ピペットチップは本発明の重要な構成要素である。上述のピペットチップは、１以上の層で構成されてよい。ピペットチップにおいては、流体と測定器具との間の電気的接続が形成される。
【００５５】
本発明の一の実施形態において、ピペットチップは、膜をパッチクランプするための孔を備えるシリコン製の平面状チップを含む。上述のシリコンチップの製造方法は、概括的にはＳｏｐｈｉｏｎ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ  Ａ／Ｓの国際公開第０３／０８９５６４号に開示され、これは参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００５６】
本発明の一の実施形態において、流体と器具との間の電気的接続は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に印刷または沈着された電極を介して行われ得る。また、上述の電極は、溶液中に保持されるＡｇ／ＡｇＣｌワイヤによって、上述の流体に接触して保持され得る。更に、上述の電極は、流体チャネルを備える層に直接印刷され得る。
【００５７】
ピペットチップの一の実施形態において、使用者は、多数の内部溶液を適用することができるだろう。チップにおけるプリント回路基板の内側は、外部溶液のために通常用いられる流体チャネルに接続されるだろう。
【００５８】
ピペットチップの更にもう１つの実施形態において、細胞外層および細胞内層におけるマイクロ流体チャネルの使用により、層流を用いた試験溶液の自動希釈が容易になる。
【００５９】
ピペットチップのもう一つの実施形態において、上述のチップは３つの層を含んでよい。限定的でない例として、層１は、（成形された、機械加工された又は他の）流体チャネルを含んでよく、流体チャネルの一部に印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極を有してよい。この層は、内部または外部の生理溶液のためのものである。
【００６０】
層２は、パッチクランプに適した（直径１〜５μｍの）１以上の孔が穿孔された、または（直径１〜５μｍの１以上の孔を備える）パッチクランプチップが接合された隔膜／隔壁を提供する。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極をこの層に印刷してよい。
【００６１】
層３は、（成形された、機械加工された又は他の）流体素子（ｆｌｕｉｄｉｃｓ）を含み、流体チャネルの一部に印刷されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極を有してよい。この層は、内部または外部の生理溶液のためのものである。
【００６２】
図３および３ａ〜３ｇに示すピペットチップの更なる実施形態において、チップは、外部および内部溶液の流れ、ならびに平面状のパッチチップの両側における圧力の独立した流体力学的および空気力学的（または空気圧）制御を可能にする５つの層を含む。内部および外部溶液は、層を含むプラスチック部品中に成形されたマイクロ流体チャネルを通って移動する。
【００６３】
層１―内部および外部溶液に接触するＡｇ／ＡｇＣｌ電極を含むＰＣＢ層。電極は、ＰＣＢを通るビアによって、パッチクランプ増幅器／Ｉ／Ｖ変換器に接続するのに用いてよい配線に接続される。
【００６４】
層２―ガスケット層は、成形された流体チャネルを含み、組み立て後に、チップおよび隣接するプラスチック「細胞外」層（略図：層３Ｂ）にしっかりと押しつけられて、液体／ガスの密閉が得られる。
【００６５】
層３―成形された流体チャネルおよびスルーホールを含む細胞外層。チャネルは、細胞外溶液がチップの（パッチング孔の上方の）上面を流れ、かつ廃棄物容器の中に流れるための経路をもたらす。
【００６６】
層４―細胞外層における流体チャネルと細胞内層における流体チャネルとの間の流体力学的および電気的分離をもたらす隔膜層。
【００６７】
層５―成形された流体チャネルおよびスルーホールを含む細胞内層。チャネルは、細胞外溶液が、チップの（パッチング孔の下方の）底面を流れ、かつ廃棄物容器の中に流れるための経路をもたらす。バルブは、内部溶液を含む流体チャネルをチップの端部から分離し得るために存在する。
【００６８】
図４および５は、各々がハウジングおよびチャネル部１および４（図４）ならびに１および３（図５）をそれぞれ含むピペットチップの別の実施形態を開示する。プリント回路基板（ＰＣＢ）層２が提供され、ＰＣＢ２に印刷される基板３（図４）および５（図５）をそれぞれ支える。
【００６９】
図４は、本発明の一の実施形態によるピペットチップの実施形態を開示する。マイクロ流体分析基板は３で提示される。ピペットチップをハンドヘルドボディ（図示せず）に取り付ける前に、細胞内の流体は、例えば外部の吸引装置（図示せず）を６に取り付けることにより、経路または区画５の中に吸引される。次に、ピペットチップはハンドヘルドボディに取り付けられ、本発明の方法に従って操作される。それにより、イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む流体は、７においてピペットチップの中に吸引される。
【００７０】
図５は、本発明のもう一つの実施形態によるピペットチップの一の実施形態を開示する。ピペットチップは、吸引される細胞内の流体をピペットチップ内に吸引するための使い捨ての吸引部を含む。使い捨ての吸引部内の導管は、ハンドヘルドボディ内の適切に構成された吸引装置に接続される（図示せず）。操作において、ピペットチップは初めにハンドヘルドボディに取り付けられ、その後、ピペットチップは操作されて、細胞内の流体を使い捨ての吸引部の中に、そして更にピペットチップの中に吸引する。使い捨ての吸引部は、８において屈曲部を含み、それにより、いったん細胞内の流体の吸引が完了すると、その屈曲部を、ピペットチップの残りの部分に対して曲げることができる。屈曲部８は、バルブとしてはたらいて、細胞内の流体のための導管を閉じる。次いで、ハンドヘルドボディは、イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む流体を吸引するように操作され、７においてピペットチップの中に吸引される。
【００７１】
図６および７は、本発明の方法、装置および使い捨てのピペットチップに適した、マイクロ流体分析のための基板の一の実施形態を開示する。
【００７２】
図８および９は、本発明に係るピペットチップの実施形態に組み込まれてよい、いわゆるソフトストップの操作原理を説明する。
【００７３】
（本発明の一の実施形態の操作）
実験設計およびパッチのプロトコルは、コンピュータ（「サーバー」）上で動作しているＧＵＩに入力され、ＵＳＢまたはイーサネットまたは他のシリアルインターフェースを介してハンドヘルドにダウンロードされる。ハンドヘルドボディにおけるＬＣＤスクリーンは、実験の工程の順序を表示する。順序における次の工程は、ディスプレイ上で強調される。ハンドヘルドボディにおける、使用者に操作されるボタンは、このとき動作しない。
【００７４】
ピペットチップが手動で装着され、適切なソフトウェアによってボタンが使用可能になる。
【００７５】
ハンドヘルドボディにおけるボタンを押下して内部溶液の吸引を作動させる。吸引の間、流体は、チップの細胞内層における流体チャネルを介してパッチチップの下部を通って内部溶液廃棄物容器の中へとポンプで送られる。使用者は、ピペットチップを内部溶液から取り出すように指示され、ボタンは、動作しなくなり、ハンドヘルドボディにおけるバルブが閉じられて細胞内流体経路が密閉される。内部溶液で満たすための圧力プロトコルがアクティブ化され、チップにおけるキャピラリーストップを通じて空気を移動させながら、パッチチップにおける孔が満たされる。
【００７６】
使用者は、外部溶液で満たすように指示され、ボタンがアクティブ化される。ボタンを押下することにより、チップの上面（細胞側）を超える外部溶液を吸引する。充填ボタンは動作しなくなり、システムが中断されてチップにおける記録用電極が安定化される。
【００７７】
接合部（またはジャンクション）のゼロ化（ｎｕｌｌ）が実施され、電極抵抗が確認される。電極の静電容量の補償のための初期設定が用いられる。電極抵抗が許容可能である場合、使用者は、細胞懸濁液に対して指示され、充填ボタンは使用可能になり、それにより細胞懸濁液の吸引が可能になる。
【００７８】
充填ボタンが動作しなくなり、パッチングプロトコルが開始される。（予めコンピュータから読み込まれた）プロトコルが、装置における組込型コンピュータ／プロセッサの制御下で実行される。
【００７９】
実験が開始すると、使用者は、予め組み込まれた化合物添加プロトコルを開始するように指示される。別法として、使用者は、予め組み込まれておらず、むしろ、液体が吸引されるたびに、記録が分析に対して標識される（フラグ付けされる）実験を開始するように指示されてよい。
【００８０】
（電気システム）
基板上の膜の電気的特性を測定するための電気システム（以下、主回路）は、各測定サイトに存在する１以上の作用電極と、各サイトに接触する参照電極とを含む。
【００８１】
作用電極−参照電極（または各作用電極−参照電極対）は、１以上の増幅器および低ノイズ電流−電圧変換器に接続される。電流−電圧変換器からの出力がフィルタリングされ、デジタル化され、サーバーにアップロードする前に生データが装置に保存される。装置の実施形態における機器装備は、高速静電容量補償、接合部のゼロ化／接合部電位のオフセット、低速静電容量補償、直列抵抗補償等の標準的なパッチクランプ補償／補正が可能であってよい。
【００８２】
（ソフトストップ）
用語「ソフトストップ」は、細胞外の流体経路における、チップ（または基板）に対する小さい孔であって、小さい圧力差によりもたらされる駆動力の下で溶液が選択的に通過し得るが空気は通過し得ない孔を指す。ソフトストップの壁は親水性であり、それにより、水溶液との接着力が高まる。ピペットチップにおけるソフトストップは、細胞外溶液のためのフローチャネルから約９０°に配置される。
【００８３】
チップにおける細胞外のフローチャネルの内容物を交換するのに必要とされる細胞外溶液の量を低減するために、ソフトストップをピペットチップの設計に組み込んでよい。化合物の添加を行い得る回数を決定する廃棄物容器の容積が限定されているので、加えられる細胞外溶液の量を低減することが望ましい。ソフトストップにより、吸引体積を、入ってくるフローチャネルにおけるデッドボリュームより小さくすることが可能である（図８および９を参照のこと）。
【００８４】
図８を参照して、ハンドヘルド装置（図示せず）のポンプのスイッチを短時間入れて、少量の溶液（ボーラス（ｂｏｌｕｓ））を吸引する。その後、ピペットチップを溶液から取り出し、ポンプを再スタートさせて、ソフトストップを超えてボーラスを移動させる。
【００８５】
図９に示すように、ボーラスはソフトストップに達し、ソフトストップが途切れて（または中断して）溶液の交換が可能になる。
本願発明は以下の態様を含む。
（態様１）
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するハンドヘルド装置のための使い捨てのピペットチップであって、前記ハンドヘルド装置は、ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを備えるハンドヘルドボディを含み、使い捨てのピペットチップは流体のための経路を含み、該経路は、ピペットチップの開口端を、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜が分析基板の所定のサイトに保持されるときに前記イオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続し、使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で前記ハンドヘルド装置のボディに取り外し可能なように取り付けられるように、かつハンドヘルドボディのポンプと前記経路との間の水力学的接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成される、ピペットチップ。
（態様２）
前記基板がパッチクランプ電極ユニットであり、少なくとも１つの電極が、試験溶液と接触するための電極を含む、態様１に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様３）
ピペットチップが複数の層を含む積層構造を含み、前記層の１つは少なくとも１つの電極を含み、前記層の別の１つは、少なくとも１つの流体のための少なくとも１つのフローチャネルを含む、態様１または２に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様４）
前記層の第１の層が、内部および外部の試験溶液と接触するための電極を含み；
前記層の第３の層が、外部の試験溶液の、前記第１の層の上面における及び廃棄物容器の中への移動を容易にするチャネルを含む外部溶液層を含み；
前記層の第４の層が、前記外部の試験溶液の、前記第１の層の底面における及び廃棄物容器の中への移動を容易にするチャネルを含む内部溶液層を含む、態様１〜３のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様５）
前記第１の層がプリント回路基板を含む、態様４に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様６）
前記第１の層と前記第３の層との間に、ガスケットを含む第２の層を更に含む、態様４または５に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様７）
更に、前記内部の試験溶液を分離するために、バルブが前記第４の層に存在する、態様４〜６のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様８）
前記第３の層が、隔膜によって前記第４の層から隔てられる、態様４〜７のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様９）
細胞内流体をピペットチップの中に吸引するための導管を更に含む、態様１〜８のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１０）
ピペットチップが前記ハンドヘルド装置のハンドヘルドボディから分離されるとき、前記導管は外部の吸引装置に接続可能である、態様９に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１１）
ピペットチップがハンドヘルド装置に接続されるとき、前記導管は前記ハンドヘルド装置のハンドヘルドボディ内に収容される吸引装置に接続可能である、態様９に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１２）
前記導管が、ピペットチップの残部から突き出る吸引筒に設けられ、前記吸引筒は、バルブ構造を通じてピペットチップの残部に接続される、態様９〜１１のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１３）
前記バルブ構造が、手で曲げることにより吸引チップをピペットチップの残部に対して閉じ得る屈曲部を含む、態様１２に記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１４）
前記基板が、基板の電極に対する電気コネクタを支持するプリント回路基板（ＰＣＢ）に印刷される、態様１〜１３のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ。
（態様１５）
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析するためのハンドヘルド装置であって、装置は：
・ポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含むハンドヘルドボディ；
・態様１〜１４のいずれか１つに記載の使い捨てのピペットチップ；
を含み、
ハンドヘルドボディおよび使い捨てのピペットチップは、ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態でピペットチップをボディに取り外し可能なように取り付けるように、ハンドヘルドボディのポンプと前記経路との間の水力学的接続をもたらすように、かつ電子制御装置と基板の少なくとも１つの電極との間の電気的接続をもたらすように構成され、ハンドヘルドボディの電子制御装置は：
・ポンプを操作して、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を、流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引し；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の前記電極の少なくとも１つに接触させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定し、同時に前記電極の１つからの電流を記録し；かつ
・記録された電流を代表するデータを出力する
ように構成される、装置。
（態様１６）
イオンチャネル含有脂質細胞膜における細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を分析する方法であって、以下の工程：
・ハンドヘルドボディを提供する工程であって、ボディはポンプおよび電子制御装置を含むハウジングを含む、工程；
・ボディから分離した使い捨てのピペットチップを提供する工程であって、ピペットチップは流体のための経路を含み、該経路は、ピペットチップの開口端を、前記脂質細胞膜が基板の所定のサイトに保持されるときに前記イオンチャネル含有脂質細胞膜におけるイオンチャネルを通して電流を送るようになっている分析基板に接続する、工程；
・ピペットチップの開口端が外部環境にさらされた状態で、ピペットチップをボディに取り外し可能なように取り付ける工程であって、ハンドヘルドボディのポンプは、水力工学的に前記経路に接続され、電子制御装置は、基板の前記電極の少なくとも１つに電気的に接続される、工程；
・ポンプを操作して、前記イオンチャネル含有脂質細胞膜を含む１以上の流体を、流体経路およびピペットチップの基板の中に吸引する工程；
・イオンチャネル含有脂質細胞膜を基板の前記電極の少なくとも１つに接触させながら、かつ電子制御装置に前記電極の１つからの電流を記録させながら、細胞膜のイオンチャネルの電気生理学的特性を決定する工程；ならびに
・記録された電流を代表するデータを制御装置に出力させる工程
を含む、方法。
（態様１７）
脂質細胞膜をピペットチップの流体経路の中に吸引し得るように、ピペットチップの開口端における開口部が脂質細胞膜より大きい、態様１６に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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