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非损伤微测技术介绍

Introduction of Non-invasive Micro-test Technique (NMT)

诞生：

非损伤微测技术起源于产生了众多诺贝尔奖获得者的美国MBL实验室。1990年MBL的科学家Kühtreiber和Jaffe利用非损伤微电极检测单细胞Ca²⁺的运动方向和流速，开创了从静态测量到动态测量转变的先河。1995年MBL的科学家进一步在《Nature》发表文章阐明了非损伤微测技术的数学物理学基础及应用方式。
	注：MBL:Marine Biological Laboratory, Woods Hole, MA 02543 2008年诺贝尔化学奖获得者下村修(Osamu Shimomura)在MBL工作20多年并发现了荧光蛋白。

原理：

以Ca²⁺浓度梯度和Ca²⁺微电极为例说明非损伤微测技术离子选择性微电极的工作原理。Ca²⁺离子选择性微电极通过前端灌充液态离子交换剂(Liquid Ion Exchanger，LIX)实现选择性。该微电极在待测离子浓度梯度中以已知距离dx进行两点测量，并分别获得电压V1 和V2。两点间的浓度差dc则可以从V1、V2及已知的该微电极的电压/浓度校正曲线计算获得。D是离子特异的扩散常数( 单位：cm^-2.sec^-1)，将它们代入Fick第一扩散定律公式:J0 = -D.dc/dx，可获得该离子的移动速率(picomol.cm^-2.sec^-1) 即：每一秒钟通过一个平方厘米的该离子/ 分子摩尔数（10-12级）。

注：荧光染料/光纤、纳米碳丝、金属/合金等材料均可以用来实现某种离子/分子的选择性测量。

经典应用：

使用非损伤微测技术结合激光共聚焦显微镜技术研究卵细胞和配子的融合过程。融合开始时，非损伤微测技术测得卵细胞胞外一个明显的Ca²⁺内流的同时激光共聚焦显微镜技术测得胞内Ca2+显著增加，直接验证了胞内Ca2+的增加是由于吸收胞外Ca²⁺而非内源Ca²⁺释放引起。

技术特色：

测量特点：

非损伤性获得离子/分子的绝对浓度、流动速率和3D运动方向信息。

测量方式：

活体，动态，实时，内外兼测，长时间多维扫描与测量

测量对象：

Ca²⁺，H⁺，K⁺，Mg²⁺，Na⁺，Cd²⁺，Cl^-，NH₄⁺，NO₃^-，O₂，H₂O₂ ……

测量材料：

整体→器官→组织→细胞层→单细胞→（富集）细胞器

参看技术论坛非损伤微测技术介绍版面 http://www.xuyue.net/xylt/

测试实例

需MediaPlayer9.0或是更高版本才能正常观看
乳腺肿瘤组织活体K⁺/Ca²⁺双离子同时检测点击播放按钮或下载观看	拟南芥活体根尖部位H⁺/Na⁺双离子同时测试点击播放按钮或下载观看

生命科学应用方向

1 Ca²⁺振荡
2 离子流研究
3 细胞活性与凋亡的评价
4 上皮及内皮细胞研究中的关键离子
5 代谢与内分泌中的离子变化
6 气体分子: NO、O₂
7 肿瘤研究及其药物的评价
8 感觉及神经系统中的关键离子流
9 细胞极性生长
10 细胞的融合
11 植物盐胁迫及其耐盐性评价
12 机械损伤与生物损伤下的离子流研究
13 营养吸收与利用的研究
14 重金属毒理学研究
15 渗透调控的研究
16 水生植物的光合作用

——参看技术论坛生命科学领域的应用

材料科学应用方向

1 新材料的筛选和检测
2 新涂料的筛选和检测
3 材料的腐蚀机理

——参看技术论坛材料科学领域的应用

使用的样品

卵细胞Egg cell	神经束 Neural bundle
小鼠胚胎 Mice embryo	斑马鱼 Zebra fish
龙虾壳 Lobster shell	金属材料 Metal

已经使用的样品有：
富集的螺旋藻叶绿体，富集的花粉管线粒体，分离的液泡，花粉管，上皮组织，浒苔，水稻，玉米，小麦，拟南芥，大麦，烟草，叶肉，根毛，鳐鱼，果蝇，骨骼，皮肤，神经元，细菌，肿瘤细胞，金属材料，瓷片

附注：

MBL: BioCurrents Research Center, Program in Molecular Physiology, Marine Biological Laboratory, Woods Hole, MA 02543