电生理学是研究细胞的电特性。它是一种技术,使细胞兴奋性的真实用户调查。研究人员可以利用不同的电生理技术测量同时数以百计的细胞的活动,或者他们可以使用膜片箝技术探索单一细胞的电特性,甚至孤立单个离子通道局部膜探索他们的单通道活动。
在早期的技术概念的科学家将建立自己的放大器来测量微小电流流经通道离子引起的细胞膜。直到大约30年前生产的电生理学的放大器是商业生产。自那时以来,几家公司已经进入了市场产生电生理学系统。然而,尽管科技进步我们已经看到在过去的30年里,尤其是在数字工程、放大器并没有改变多少。电生理学专家从30年前的今天认识一个最新版的放大器。这是为什么呢?原设计好他们无法改进?
找到这些问题的答案,并了解发展发生在这个空间,我们采访了Jan Dolzer博士花了他职业生涯的scientist-turned-engineer放大器发展的前沿。1月工作领域的顶尖放大器制造商和今天是膜片钳系统的产品经理在萨特仪器公司。
亚当·泽(在):萨特是什么乐器发展中当前的电生理设备套件的愿景?
Jan Dolzer (JD):我们的愿景的第一部分是交钥匙,容易使用膜片箝软件有很多能力和现代。现有的产品至少可以追溯到十年在大多数情况下,当然,他们有一定的缺陷的记录的数据的类型。例如,如何保持数据在时间或环境上下文?的环境条件,如录音解决方案,例如?实验者通常执行当他们做膜片钳实验药理学。时跟踪解决方案或改变其他条件实验是一个非常重要的方面。确保科学家们所有他们喜欢写下的信息实验室杂志包含在他们的软件和相关电生理数据点是一个视觉的关键部分。因为,这不是一个“是否”的问题,但是当你的论文记录被剥夺了电子数据,然后真的很难理解如果你没有的数据信息以某种方式联系在一起。
第二部分是使一个系统,是整个解决方案电生理学家。放大器系统完成包放大器和数字转换器是一个硬件,软件是一个包的一部分。不只是一个放大器顾客带回家当他们购买我们的系统。甚至,除此之外,我们扩大我们的产品组合,我们可以配置一套完整的膜片箝客户,从空中表,显微镜和光源,操纵者和阶段,灌注系统,集成复杂的成像系统,如我们的妈妈®双光子显微镜。不要忘记微量吸液管拉出器和玻璃毛细血管,当然可以。与客户合作,编制设备,精确地满足他们的需求是一个服务,已经成为新的研究人员建立特别流行。他们的第一个自己的实验室。
[在]:为什么去全数字吗?有什么好处,dPatch®带来电生理学家吗?
(JD):嗯,一个是当代设计。在设计不是微不足道的,更有成本效益的生产完全数字放大器。许多模拟组件来源越来越困难,这使它们昂贵。
数字电路也有优势,尤其是在电容补偿和串联电阻补偿方面,你可以做纯粹的数学。意味着你不必工作的非线性模拟组件,从而导致振荡或“响”,可以杀死你的细胞。也更容易得到自动补偿算法,具有变量成功模拟工具,更好的数字化工作。
[在]:dPatch提供改善信噪比的优势吗?
(JD):噪音dPatch取决于你比较。dPatch有电容反馈模式,它提供了一个低噪声性能一样好当前最低的噪音放大器可用,没有headstage冷却。
尽管headstage冷却可能会给你额外的少量的低噪声性能,它增加了复杂性,可靠性和机械稳定性问题和挑战。实际上冷却headstage电路加热headstage住房,导致微电极的热漂移。所以我们决定不添加这个特性,但是专注于固体噪声性能在电容式模式,同时提供最低的噪声所有竞争对手的两个电阻反馈模式
[在]:能dPatch®用于所有类型的电生理学实验或限制其应用?
(JD): dPatch系统可以做单电极电压钳,它可以做电流钳,与市场上其他放大器,它有一个专门的电流钳位电路。所以它可以作为一个真正的电压跟随器。这意味着dPatch系统涵盖了几乎所有的膜片箝应用,从单通道记录看单个蛋白质的活动,代表细胞全细胞记录或网络活动组织切片,敏锐地分离细胞,细胞株和文化,或体内。由于dPatch当前夹具功能,还可用于sharp-electrode录音或字段的潜力。尽管如此,如果这是你要做的和你的放大器,使用dPatch相当于获得一个特斯拉型号S日常三英里上下班的可笑的方式。可行的,可能很有趣,但一定程度的过度。
目前唯一的类型的录音dPatch不是用来做的是二电极电压钳位。我们可以考虑补充说到dual-headstage版本。
[在]:动态夹呢?
(JD):这是目前未实现,但在设计管道附近中期的未来。我们希望能够意识到纯粹的软件/固件,而无需对硬件进行更改。这将使它可用于每个人购买一个dPatch系统现在,这显然是非常可取的。
与动态夹的挑战是,你需要情报数字化仪。如果您尝试运行,通过电脑,操作系统介绍了延迟,你不控制,他们可以到300毫秒或在球场。防止动态夹紧,太缓慢。
你需要的是快速决策,你需要能够应对变化的记录信号的速度比在操作系统的控制下可以做的事情。随着数字化发生早期的信号链dPatch,这将是理想的平台。
[在]:dPatch发展的挑战是什么?
(JD):噪声性能,高带宽,将在一起。有很多挑战。开发一个膜片钳放大器不是你在一个下午。是有原因的膜片钳放大器只有这么多。
当然,通过开发一个尖端的数字技术,我们是全新的突破。FPGA(现场可编程门阵列)架构是全新的,没有人做过用膜片钳放大器。
高数据率,补偿数字意味着你需要数字化采样率很高,我们数字化5兆赫。的副作用,不仅你有数据,高采样率可用于补偿算法,但是你也可以转换成另一个优势,使数据提供给最终用户在一个令人难以置信的高带宽。
另一方面,这意味着你需要将其传输到计算机速度不够快,找到一个办法,是一个挑战。我们看着它通过TCP / IP连接,我们也看着光连接,并最终使用一个USB 3.0连接。传输的数据包和所有的数字握手,必须在一个前所未有的速度越快,带来不少挑战。但是我们克服了他们!
[在]:现在可以电生理学家做的dPatch之前他们不能做一个模拟放大器?
(JD):首先,他们可以记录信号在一个更高的带宽。5兆赫采样率让我们运行一个模拟带宽在500千赫,兆赫之间。它可以让你做全数字全细胞补偿。,您可以运行单一的渠道有双重headstage dPatch,在一个系统中。以前,你需要两个放大器。
[在]:有多容易生理学家将dPatch到目前的采集和分析工作流?他们能得到他们的数据,例如?
(JD):收购实验者必须使用SutterPatch®软件伴随着dPatch放大器,原因很简单,信号被数字化的早期信号链。我们没有一个模拟后的信号表示数字补偿。但是,一旦数据被记录,数字化并保存到磁盘,Igor Pro中可用的文件格式,这是非常多才多艺的导出数据到其他格式。您可以简单地使用剪贴板复制小数据集,出口的原始或条件不同的二进制或文本格式的数据,有一个与MatLab接口等。
我们的目标是提供一个平台,让人们做他们所有的分析在SutterPatch®或Igor它所使用的职业环境。但是是的,“我们能从中获得我们的数据吗?“是我们得到的最常见问题之一。答案是,是的,你可以!
另一个常见的问题是,“我们有我们自己的Igor程序,它们是兼容的吗?“答案是肯定的,他们是。如果你有一些工作在伊戈尔,或者你写自己的伊戈尔的代码,你的分析,你可以访问数据。
[在]:所以,在未来的数字电生理学记录你认为呢?
(JD):在未来会更加集成的其他实验参数,或其他实验模式。例如,结合成像软件中的数据,这样您就可以深入到个人帧,这些在同一时间轴和情节从膜片箝记录你的结果。
举个例子,如果你是钙电流测量与成像和膜片箝和你测量了每秒钟峰值电流和一个框架。现在,这很困难,如果不是不可能,把数据放在一起,这样您就可以从一个模式到另一下钻。
这绝对是我们工作,我们正在挑战我们的客户利用无与伦比的高带宽。听觉研究是有价值的,他们需要高带宽,但可能在许多其他领域。
我们的客户非常的,我敢肯定他们会想出我们甚至从来没有想到的事情。
