(57)【要約】【目的】単一生体細胞温度を瞬間的に変化させ、かつ単一生体細胞の温度変化を応答性よく計測するパッチクランプ装置【構成】単一生体細胞への溶液供給銅管をペルチェ素子で加熱または冷却し直径１３μｍ以下の熱電対線で単一生体細胞温度を計測する。【効果】単一生体細胞温度変化を５０℃／ミリ秒、温度測定応答速度を７０ミリ秒と高速となった。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の銅管の根元の部分に各々銅板を接合し、この銅板に各々微小ペルチェ素子を搭載し、さらにこの微小ペルチェ素子に各々放熱板またはヒートパイプを取り付け、更に銅管部を断熱材で被覆し、定電流電源によりペルチェ素子の温度をコントロールすることにより、銅板を介し銅管内の溶液温度を制御することを特徴とするパッチクランプ装置。
【請求項２】
直径１３μｍ以下の熱電対線の先端感温部を生体細胞のごく近傍に設置したことを特徴とするパッチクランプ装置
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  本発明は主として生物の生体内情報伝達メカニズムを評価するパッチクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の技術としては、加熱槽内で昇温した溶液をプラスチック管又はガラス管を経由して単一生体細胞に供給していた。通常これら配管長さは最低でも５０ｃｍ程度必要であった。又、直径約１ミリ以上のサーミスタ温度計を細胞を入れた容器内に差し込んでいた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上記した従来の装置では、溶液の供給速度を高めると生体細胞が流される可能性があり一般に低速度で供給しているが、配管途中での自然放熱により単一生体細胞を高温にすることが極めて困難であり又昇温に時間がかかり例えば１０℃／分程度の昇温速度しか得られなかった。又、使用温度計はサーミスタを使用することが一般的であり、このサーミスタ先端部の感温部がおおよそ直径１ミリ位はあり溶液の比較的長時間における平均温度は計測できるが、単一生体細胞の刻々に変わる温度を正確に計測できなかった。すなわち、サーミスタ感温部の熱容量が大きいことから温度計測応答速度が遅く、数十ミリ秒内のごく瞬間的な温度変化を計測することができないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  この発明は上記の問題点を解決すべく提案されたもので、まず第一の問題点である急速な温度上昇を実現するため、熱伝導率の優れた銅管を２本ならべて固定し、２本の銅管の根元の部分に各々銅板を接合し、この銅板に各々微小ペルチェ素子を搭載し、さらにこの微小ペルチェ素子に各々放熱板または放熱板のついたヒートパイプを取り付ける。更に銅管部を断熱材で被覆する。定電流電源によりペルチェ素子の温度をコントロールすることにより、銅板を介し銅管内の溶液温度を制御しようとするものである。更に第二の問題点である温度測定応答速度の向上のため直径１３μｍ以下の微細なクロメルアルメル熱電対線を使用し、先端感温部を線径に比較し大きな玉コロ状とすることなく単に熱電対線の先端同士を一部溶接したごく熱容量の小さい感温部を単一生体細胞のごく近傍に固定する。
【作用】
【０００５】  本考案のパッチクランプ装置では以上の通り、生体細胞へ供給する溶液の加熱方式により単一生体細胞温度変化が５０℃／ミリ秒となり、直径１３μｍ以下の微小熱電対線により温度測定応答速度が最終到達温度の２／３達成時間として７０ミリ秒となった。
【実施例】
【０００６】  別紙１図は本考案の実施例を図示したものである。電流計プローブ１の先端に固定された単一生体細胞２がチャンバー３内のチャンバーバス１８内の溶液中に吊り下げられた状態で設置され、加熱槽４内の溶液槽５及び溶液槽６から各々溶液がチューブ８を経由して各々銅管９、９′に入り温度コントロールされ銅管９、９′に接続された内径２００μｍのガラス管２２，２２′から単一生体細胞２へ供給される。各々銅管９、９′には銅板１０を介しペルチェ素子１１が搭載され、さらにペルチェ素子１１の裏面にはマイクロヒートパイプ１２が設置されており、マイクロヒートパイプ１２には放熱板１２′が取り付けられている。各々銅管９、９′は断熱材２１で包まれ保温されている。単一生体細胞２近傍の溶液温度を変えるには２ケのペルチェ素子１１に極性も含め異なる電流を直流電源１３から通電し、銅管９、９′から吐出される２種類の溶液温度を変える。ピエゾ素子使用往復作動装置１４および往復作動クランプ１５により２連銅管９、９′が瞬間的に移動することにより、たとえば低温銅管９から吐出された低温溶液で包まれた単一生体細胞２が一瞬のうちに高温銅管９′から吐出された高温溶液で包まれ急昇温される。更に逆の操作により、瞬時に単一生体細胞２を元の低温状態に戻すこともできる。又、単一生体細胞２の温度を測定するには、直径１３μｍ以下の微細なクロメルアルメル熱電対線１６を使用し、先端感温部１７を線径に比較し大きな玉コロ状とすることなく単に線の先端同士を一部溶接したごく熱容量の小さい先端感温部１７を単一生体細胞２のごく近傍に固定する。なお、チャンバーバス用溶液槽７から溶液がチューブ８を通りチャンバーバス温度コントローラー１９を経由してチャンバーバス１８に注がれチャンバーバス１８の温度を制御している。なお、図２は電流計１と内径約２００μｍのガラス管２２，２２′の先端部と直径１３μｍの微細なクロメルアルメル熱電対線１６の先端感温部１７を使用した写真である。また図３は図２の拡大写真であり、直径約７μｍの単一生体細胞１７と電流計１の先端部および、直径１３μｍの微細なクロメルアルメル熱電対線１６の先端感温部１７を示している。顕微鏡２０は単一生体細胞の観察に使用される。
【発明の効果】
【０００７】  上記の考案により、単一生体細胞２の温度を瞬間的に即ち数ミリ秒以内に５０℃変化させることができる。従来５０℃における単一生体細胞２の挙動は単一生体細胞２が高温で死滅するため評価することはできなかった。しかし、一般に単一生体細胞２は５０℃の高温でも瞬間的であれば死滅することは無く、本考案により高温での単一生体細胞２の挙動を把握できることが可能となった。単一生体細胞２の温度を計測するために、１３μｍの微細熱電対感温部１７を使用し、単一生体細胞２から数μｍの位置に設置することにより、単一生体細胞２の直径は１０μｍ〜２０μｍであるので、十分に単一生体細胞２近傍の温度を測定できる。ピエゾ素子使用往復作動装置１４、往復作動クランプ１５及びペルチェ素子１１による加熱冷却により高温への温度ジャンプだけではなく、低温へのジャンプも瞬間的に数ミリ秒以内で、何度でも繰り返し自由なタイミングで行えた。５０℃の高温でも直ちに元の温度に戻してやることによって単一生体細胞２に対するダメージはほとんどなく、続けて実験可能となった。なお、パッチクランプ法の場合、ピコアンペア（ｐＡ：１０−１２Ａ）という微小な電流を測定するのでノイズを完全に排除することが不可欠である。ペルチェ素子１１は直流電源１３で駆動することができるので５０Ｈｚ、６０Ｈｚの商用波を除外することができる。発熱体または冷却体としてペルチェ素子１１を使用したこれ以外の利点は、電流の向きによって発熱体と冷却体を兼ねることができる。又、コンパクトで軽いため、ピエゾ素子使用往復作動装置１４および往復作動クランプ１５への負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および請求項２の例を示す斜視図である。
【図２】内径２００μｍの２連銅管９、９′先端部と微細な熱電対先端感温部１７を示す写真である。
【図３】直径約７μｍの単一生体細胞１７と電流計１の先端部および、微細な熱電対先端感温部１７を示す写真である。
【符号の説明】
１  電流計プローブ
２  単一生体細胞
３  チャンバー
４  加熱槽
５  低温用溶液槽
６  高温用溶液槽
７  チャンバーバス用溶液槽
８  チューブ
９  銅管
９′銅管
１０  銅板
１１  ペルチェ素子
１２  マイクロヒートパイプ
１２′放熱板
１３  直流電源
１４  ピエゾ素子使用往復作動装置
１５  往復作動クランプ
１６  クロメルアルメル熱電対線
１７  先端感温部
１８  チャンバーバス
１９  チャンバーバス温度コントローラー
２０  顕微鏡
２１  断熱材
２２  内径２００μｍのガラス管
２２′内径２００μｍのガラス管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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