SIET-扫描离子选择性电极技术

1959年,Hinke成功研制了以玻璃为活性材料的钾离子选择性微电极(Nature (London) 184 (1959) 1257 )。由于玻璃微电极制备困难,内阻高,实际应用不大。

1966年,Simon等发现了一个选择性相当优越的缬氨霉素K+选择性电极(China. 20 (1966) 436 )

1971年,Walker制成以离子交换剂四对氯苯硼钾为活性材料的液膜型微电极(Anal Chem. 43 (1971) 89A)。这种微电极制备容易,内阻低,在生理学研究中获得了广泛的应用(Ammann D Ion—selective Microeletrodes:Principles.Design and application Springer, (1986) 233)。但是它对钠选择性差,因此在生理学研究中的应用,特别是细胞外测定中的应用受到了一定限制。

1976年,Oehme等制成相应的微电极,它能完全满足细胞内外测定对选择性的要求,但是该电极的内阻很高,在生理研究中也受到了很大的限制(Anal Chem 48 (1976) 21)。

1979年Wuhrmann等制成改进型钾离子选择性微电极,但其内阻的降低极其有限(Pron Natl acad sci, USA. 76 (1979) 806 )。在生理学研究中,人们期望一种不但选择性好、而且内阻低的钾离子选择性微电极。有人(Journal of Neuroscience Methods 31 (1990) 207-213)等报道一个选择性好、内阻低的缬氨霉素钾离子选择性微电极,讨论了各种因素对电极性能的影响。研究了离子选择性液膜微电极膜流失机理和钾离子选择性微电极寿命(Science 168 (1970) 1460)。

上世纪八十年代,随着计算机技术和软件技术的进步及在各个领域的应用,计算机控制的SIET扫描离子选择性电极技术开始在生命科学研究领域出现。

1981年位于美国马萨诸塞州美国海军生物学实验室(MBL)的国家振动探针研究中心(NVPF)成立,AE公司创始人Alan Shipley和Eric Karplus一起帮助Dr. Carl Scheffey和 Dr. Lionel Jaffe开发基于计算机控制的扫描微电极技术(SIET/SPET)和组建国家振动探针研究中心。(1995年,NVPF改称生物电流研究中心)

SIET用于测量生物膜外的胞外特定离子浓度梯度,流速和流向,具有很高的灵敏度和空间分辨率,距离为10μm之间的几微伏的电压梯度是很常规的测试,SIET测试系统具有可选的增益,因此可测试的电压梯度范围很宽,空间分辨率依赖于微电极尖端的尺寸,常规的在几微米量级。

SIET能够测量离子的浓度低至 pmol 级,但是它必须以大约0.2-1秒每点慢速的测试,这主要是由于电极的机械运动会干扰浓度梯度,虽然 LIX(液体离子交换剂)是影响电极时间常数的一个因素,但这主要是由于电极的机械运动会干扰浓度梯度。这将需要不到1秒的时间浓度梯度才能再次建立浓度梯度,LIX 电极的时间常数也在几十秒(取决于所用的 LIX), 电极在四轴步进马达驱动套件(CMC-4)的驱动下以设定的采样路线从一点步进至另一点扫描。

另外, 如果采用双电极探头组件,SIET可以与另外的离子选择性微电极联用也可以和SPET或SVET联用,即双电极探头可以同时采用两个不同的离子选择性微电极,或一个采用SIET电极另一个电极采用SPET或SVET电极。

SIET的另外一个应用是材料在导电性溶液中的非损伤微区电化学测量,使用现有的微电极和不断发展的新电极的种类,这项技术在材料研究中将继续发挥广阔的应用。

SIET在生物及材料研究领域所发表的文章请参见参考文献

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