該技術(shù)將用于稱為膜片鉗（patch-clamping）的記錄方法，用微小的用液體填充的玻璃移液管連接到單個(gè)神經(jīng)元上。由于三十年前發(fā)明了膜片鉗，該技術(shù)需要在記錄之間更換移液管，這種手動(dòng)過(guò)程減緩了研究過(guò)程?，F(xiàn)在，佐治亞理工學(xué)院的研究人員研發(fā)的機(jī)器人清潔技術(shù)允許移液器重復(fù)使用多達(dá)11個(gè)記錄，甚至可能會(huì)更多，并且能讓記錄更加自動(dòng)化。

　　喬治·伍德拉夫佐治亞理工學(xué)院的副教授Craig Forest說(shuō)：“這是神經(jīng)科學(xué)中機(jī)器人技術(shù)革命的一個(gè)進(jìn)步，我們想讓樣品在我們機(jī)器中能夠記錄50甚至100個(gè)神經(jīng)元。這項(xiàng)技術(shù)可以讓神經(jīng)科學(xué)像分子生物學(xué)等其他領(lǐng)域一樣實(shí)現(xiàn)研究自動(dòng)化，大大擴(kuò)展我們對(duì)大腦信號(hào)的監(jiān)聽能力。”

　　在國(guó)立衛(wèi)生研究院和艾倫腦科學(xué)研究所的支持下，該研究報(bào)告于10月11日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。其中包括清潔技術(shù)和能讓移液器連接到細(xì)胞的過(guò)程自動(dòng)化的創(chuàng)新。佐治亞理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出第一個(gè)在沒有人類操作員的前提下，能在細(xì)胞培養(yǎng)、腦切片和活動(dòng)大腦中執(zhí)行順序膜片鉗記錄的機(jī)器人。

　　這個(gè)被叫做“patcherBot”的膜片鉗機(jī)器人，有自己的Twitter帳戶，它會(huì)在Twitter上分享自己做了些什么，自動(dòng)報(bào)告它記錄的每個(gè)單元格。Forest說(shuō)，“這是第一個(gè)社會(huì)神經(jīng)科學(xué)機(jī)器人。”

　　膜片鉗是刺激和記錄來(lái)自神經(jīng)元和其他細(xì)胞的信號(hào)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。它將直徑僅一微米的尖端玻璃移液管接觸到細(xì)胞膜，然后緊密密封起來(lái)，這樣能夠與細(xì)胞內(nèi)部直接電連接。這項(xiàng)工作是非常細(xì)致和耗時(shí)的，盡管Forest實(shí)驗(yàn)室最近研發(fā)出的Autopatcher機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該過(guò)程的部分自動(dòng)化。

　　因?yàn)榧?xì)胞碎片可以阻礙與細(xì)胞緊密連接，研究人員不得不每次都為記錄更換新的移液器。但是在使用膜片鉗時(shí)，研究生助理Ilya Kolb開始質(zhì)疑移液器只能使用一次的傳統(tǒng)觀念。他了解用于清潔實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿的洗滌劑，并會(huì)評(píng)估這些洗滌劑是否適用于機(jī)器人清潔過(guò)程。

　　“如果可以實(shí)現(xiàn)在每次記錄后自動(dòng)清潔移液器，并讓Autopatcher一次又一次回到細(xì)胞，”Forest解釋說(shuō)，“那么你甚至不必在實(shí)驗(yàn)室守著，因?yàn)槟憧梢栽陔x開實(shí)驗(yàn)室之前設(shè)置好，第二天早上回來(lái)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)記錄50或100個(gè)細(xì)胞。”

　　Kolb測(cè)試了八種清潔溶液，發(fā)現(xiàn)一種叫Alconox清潔劑成功地清除了碎屑。他重新編程修改了操作Autopatcher的軟件，在每次記錄之間添加了清潔和沖洗步驟。新機(jī)器人將移液器浸入位于樣品旁邊孔中的洗滌劑溶液中，產(chǎn)生的流體流入并移出移液管，然后將移液管移動(dòng)到單獨(dú)的孔中沖洗。整個(gè)清潔過(guò)程花費(fèi)大約一分鐘，這比訓(xùn)練有素的人類操作者快得多。

　　上圖：圖片顯示用于自動(dòng)化細(xì)胞培養(yǎng)物的膜片鉗機(jī)器人設(shè)備，這樣就不需要更換記錄移液管。NeuroscienceNews.com圖片來(lái)源于喬治亞理工學(xué)院的John Toon。

　　研究人員對(duì)比了清潔后的移液器和新移液器的記錄質(zhì)量。

　　“我們用新的移液管，和我們用已經(jīng)使用和清潔11次的移液器，在結(jié)果基本上是不可區(qū)分的，”Kolb說(shuō)，“在14次后確實(shí)會(huì)出現(xiàn)一些差距，但我們希望隨著技術(shù)的改進(jìn)，重復(fù)使用移液器的次數(shù)能多達(dá)50甚至100次。”

　　他們與Emory大學(xué)的研究人員合作，測(cè)試該技術(shù)中的殘留洗滌劑是否影響活細(xì)胞。根據(jù)對(duì)多次使用后的移液管流體的質(zhì)譜研究，結(jié)果表明殘留洗滌劑并不會(huì)對(duì)活細(xì)胞產(chǎn)生不利影響。

　　Georgia Tech已經(jīng)為新的機(jī)器人技術(shù)申請(qǐng)了專利保護(hù)，這項(xiàng)技術(shù)需要技術(shù)人員使用顯微鏡視圖簡(jiǎn)單地選擇要記錄的細(xì)胞，然后機(jī)器會(huì)自動(dòng)工作。研究人員希望該技術(shù)可以逐步商業(yè)化，不僅僅將膜片鉗應(yīng)用于成千上萬(wàn)的實(shí)驗(yàn)室，還將逐步應(yīng)用于藥物測(cè)試和其他研究。

　　“如果我們能把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際設(shè)備上，并有配套的智能軟件，該技術(shù)就能在這個(gè)研究領(lǐng)域普及化，”Forest說(shuō)，“我們的這項(xiàng)技術(shù)引領(lǐng)了新的科學(xué)潮流。”

　　關(guān)于這篇機(jī)器人和神經(jīng)科學(xué)研究文章

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　　資料來(lái)源：?jiǎn)讨蝸喞砉W(xué)院的John Toon

　　圖片來(lái)源：?jiǎn)讨蝸喞砉W(xué)院的John Toon

　　原始研究：Christian Wachinger，David H. Salat，Michael Weiner和Martin Reuter在《科學(xué)報(bào)告》中發(fā)表的《Cleaning patch-clamp pipettes for immediate reuse》，發(fā)表于2016年10月11日doi：10.1038 / srep35001。

　　摘要

　　清潔膜片鉗移液器以實(shí)現(xiàn)立即重復(fù)使用