機器人清潔技術可以讓神經科學研究自動進行

　　該技術將用于稱為膜片鉗（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神經元上。由于三十年前發明了膜片鉗，該技術需要在記錄之間更換移液管，這種手動過程減緩了研究過程。現在，佐治亞理工學院的研究人員研發的機器人清潔技術允許移液器重復使用多達11個記錄，甚至可能會更多，并且能讓記錄更加自動化。

　　喬治·伍德拉夫佐治亞理工學院的副教授Craig Forest說：“這是神經科學中機器人技術革命的一個進步，我們想讓樣品在我們機器中能夠記錄50甚至100個神經元。這項技術可以讓神經科學像分子生物學等其他領域一樣實現研究自動化，大大擴展我們對大腦信號的監聽能力。”

　　在國立衛生研究院和艾倫腦科學研究所的支持下，該研究報告于10月11日發表在《科學報告》雜志上。其中包括清潔技術和能讓移液器連接到細胞的過程自動化的創新。佐治亞理工學院的研究人員研發出第一個在沒有人類操作員的前提下，能在細胞培養、腦切片和活動大腦中執行順序膜片鉗記錄的機器人。

　　這個被叫做“patcherBot”的膜片鉗機器人，有自己的Twitter帳戶，它會在Twitter上分享自己做了些什么，自動報告它記錄的每個單元格。Forest說，“這是第一個社會神經科學機器人。”

　　膜片鉗是刺激和記錄來自神經元和其他細胞的信號的黃金標準。它將直徑僅一微米的尖端玻璃移液管接觸到細胞膜，然后緊密密封起來，這樣能夠與細胞內部直接電連接。這項工作是非常細致和耗時的，盡管Forest實驗室最近研發出的Autopatcher機器人技術，實現了該過程的部分自動化。

　　因為細胞碎片可以阻礙與細胞緊密連接，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，研究生助理Ilya Kolb開始質疑移液器只能使用一次的傳統觀念。他了解用于清潔實驗室玻璃器皿的洗滌劑，并會評估這些洗滌劑是否適用于機器人清潔過程。

　　“如果可以實現在每次記錄后自動清潔移液器，并讓Autopatcher一次又一次回到細胞，”Forest解釋說，“那么你甚至不必在實驗室守著，因為你可以在離開實驗室之前設置好，第二天早上回來時，它會自動記錄50或100個細胞。”

　　Kolb測試了八種清潔溶液，發現一種叫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。新機器人將移液器浸入位于樣品旁邊孔中的洗滌劑溶液中，產生的流體流入并移出移液管，然后將移液管移動到單獨的孔中沖洗。整個清潔過程花費大約一分鐘，這比訓練有素的人類操作者快得多。

　　上圖：圖片顯示用于自動化細胞培養物的膜片鉗機器人設備，這樣就不需要更換記錄移液管。NeuroscienceNews.com圖片來源于喬治亞理工學院的John Toon。

　　研究人員對比了清潔后的移液器和新移液器的記錄質量。

　　“我們用新的移液管，和我們用已經使用和清潔11次的移液器，在結果基本上是不可區分的，”Kolb說，“在14次后確實會出現一些差距，但我們希望隨著技術的改進，重復使用移液器的次數能多達50甚至100次。”

　　他們與Emory大學的研究人員合作，測試該技術中的殘留洗滌劑是否影響活細胞。根據對多次使用后的移液管流體的質譜研究，結果表明殘留洗滌劑并不會對活細胞產生不利影響。

　　Georgia Tech已經為新的機器人技術申請了專利保護，這項技術需要技術人員使用顯微鏡視圖簡單地選擇要記錄的細胞，然后機器會自動工作。研究人員希望該技術可以逐步商業化，不僅僅將膜片鉗應用于成千上萬的實驗室，還將逐步應用于藥物測試和其他研究。

　　“如果我們能把這項技術應用在實際設備上，并有配套的智能軟件，該技術就能在這個研究領域普及化，”Forest說，“我們的這項技術引領了新的科學潮流。”

　　關于這篇機器人和神經科學研究文章

　　資金：本新聞稿中報道的研究由NIH計算神經科學培訓補助金（DA032466-02）和BRAIN計劃獎項（U01-MH106027-01，R01-EY023173，R44-NS083108-03）支持。內容僅代表作者觀點，并不代表國家衛生研究院的官方觀點。

　　資料來源：喬治亞理工學院的John Toon

　　圖片來源：喬治亞理工學院的John Toon

　　原始研究：Christian Wachinger，David H. Salat，Michael Weiner和Martin Reuter在《科學報告》中發表的《Cleaning patch-clamp pipettes for immediate reuse》，發表于2016年10月11日doi：10.1038 / srep35001。

　　摘要

　　清潔膜片鉗移液器以實現立即重復使用