顯微注射泵系統(tǒng)研發(fā)背景：

　　在高倍倒置顯微鏡下，利用顯微操作器（Micromanipulator），控制顯微注射針在顯微鏡視野內(nèi)移動的機械裝置，用來進(jìn)行細(xì)胞或早期胚胎以及動物組織顯微操作的一種方法。而的顯微注射技術(shù)，已經(jīng)廣泛擴大到動物育種、瀕危物種保護(hù)、試管嬰兒、基因編輯、基因敲除、光遺傳學(xué)研究、神經(jīng)回路研究、納米顆粒捕獲、工程微藻篩選、微流控芯片技術(shù)等方面。

 以細(xì)胞內(nèi)微注射和微灌注技術(shù)為基礎(chǔ)的玻璃針頭(GlassNeedle，玻璃微量毛細(xì)移液管)的使用，已經(jīng)在越來越多的實驗生物學(xué)研究領(lǐng)域中成為一項非常普遍的操作方法，比如在轉(zhuǎn)基因中等等。描述這些技術(shù)zui恰當(dāng)?shù)脑拺?yīng)當(dāng)稱其為---顯微操作，因為這些操作是通過單個的或多個的筒狀玻璃微量移液管、定位裝置（顯微操作器）以及微量注射器或微量灌注器來在單個的細(xì)胞上進(jìn)行的。

 顯微注射應(yīng)用的范圍非常廣泛，從輔助（體外）細(xì)胞受精技術(shù)至分子和細(xì)胞基本組分的轉(zhuǎn)運都需使用這一技術(shù)，比較典型的是將某些物質(zhì)注射進(jìn)細(xì)胞中以操作和/或監(jiān)測某種特定的存活細(xì)胞中的基本機體生物化學(xué)狀態(tài)。這些可以注射進(jìn)細(xì)胞的物質(zhì)包括有：各種細(xì)胞器、激酶、組織化學(xué)標(biāo)志物（比如辣根過氧化物酶或者熒光黃）、蛋白質(zhì)、代謝物質(zhì)、微磁頭、離子、抗體、基因、分子生物學(xué)的mRNA和DNA等等。運用這一技術(shù)，也可以實現(xiàn)用于單個細(xì)胞或一組細(xì)胞的較少量（皮升至毫升）藥劑或藥物的輸送（微灌注），例如藥理學(xué)的藥物檢驗。轉(zhuǎn)基因動物的制作，可以利用基因微注射（gene microinjection）、胚干細(xì)胞（embryonic stem cells,ES cells）、載體（sperm vector）、反轉(zhuǎn)錄病毒感染（retroviral vectorinfection）及體細(xì)胞核移置（somatic cell nucleartransfer）等方法達(dá)成，其中顯微注射為目前應(yīng)用zui普遍之方法之一。

 顯微注射法（microinjection）是利用管尖極細(xì)（0.1至0.5μm）的玻璃微量注射針，將外源基因片段直接注射到原核期胚或培養(yǎng)的細(xì)胞中，然后藉由宿主基因組序列可能發(fā)生的重組（rearrangement）、缺失（deletion）、復(fù)制（duplication）或易位（translocation）等現(xiàn)象而使外源基因嵌入宿主的染色體內(nèi)。這種顯微注射術(shù)的程序，需有相當(dāng)精密的顯微操作設(shè)備，制造長管尖時，需用微量吸管拉長器（micropipettepuller），注射時需有固定管尖位置的微量操作器。這種技術(shù)的長處為任何DNA在原則上均可傳入任何種類的細(xì)胞內(nèi)。此法已成功運用于包括小鼠、魚、大鼠、兔子及許多大型家畜，如牛、羊、豬等基因轉(zhuǎn)殖動物。

顯微注射泵系統(tǒng)功能簡介及選購方案建議：

 在顯微注射技術(shù)中，zui重要的一環(huán)或者說設(shè)備是顯微注射泵，而由此發(fā)展而來的一套精密儀器設(shè)備，統(tǒng)稱為顯微注射泵系統(tǒng)。顯微注射泵系統(tǒng)主要包括：顯微注射泵主機、顯微操作儀、動力源和顯微注射針。

 各種不同顯微注射泵系統(tǒng)的歸類主要依據(jù)該技術(shù)所依靠的顯微注射泵主機來劃分，目前上通用的顯微注射泵主要分為三種類型；氣壓脈沖驅(qū)動的氣泵，納米步進(jìn)電機程控的電動泵和液壓驅(qū)動的手動注射泵。

　　1.液壓驅(qū)動的手動注射泵由操作人員手動旋轉(zhuǎn)刻度旋鈕，通過壓縮的液體前推或者回吸管路中的液體，從而控制顯微注射泵注射針的樣品液向前注射或者回抽胞內(nèi)物質(zhì)等，由于液體壓力有一定的遲緩性和可壓縮性，使得操作人員無法準(zhǔn)確控制液壓類型的顯微操作儀的注射量或者回吸量，并且液壓手動顯微操作儀由于前推或者回吸壓力比較小，對于細(xì)胞內(nèi)壓較大或者回吸阻力大，以及對于需要控制注射或回吸量的顯微注射操作來說，并不合適。但是液壓驅(qū)動的手動注射泵由于其價格實惠，能夠滿足一般實驗室對于顯微注射操作的需求，所以對于部分實驗室使用者來說，有其選購的理由和價值，推薦型號如圖：（武漢蓋爾德納科技有限公司提供，Gairdner Tech）液壓手動注射泵。

2.氣壓驅(qū)動的顯微注射泵系統(tǒng)，本系列設(shè)備通過注射泵主機后面板接口連接壓力氣瓶（通常為氮氣、空氣等），主機設(shè)置脈沖“注射”壓力、注射時間以及依據(jù)注射時的玻璃注射針規(guī)格，將位于玻璃注射針內(nèi)的樣品注射到被注射物內(nèi)部。

　　推薦型號為數(shù)顯氣動皮升注射泵是通過芯片控制注射時的脈沖壓力、注射時間以及依據(jù)玻璃注射針的規(guī)格等，將樣品（如藥物、核酸類物質(zhì)、染料、慢病毒、神經(jīng)遞質(zhì)、基因編輯工具等）通過玻璃注射針注射到目標(biāo)物中，注射體積范圍從pl到ul不等。被注射物有哺乳動物細(xì)胞、魚類卵細(xì)胞（如斑馬魚、青鳉、鱖魚等）及魚類幼體、珊瑚蟲卵細(xì)胞、線蟲、果蠅、飛蛾、白蟻、嚙齒類動物顱腦組織等，可用于遺傳學(xué)研究、基因干擾、轉(zhuǎn)基因動物育種、基因編輯、光遺傳學(xué)研究、神經(jīng)回路研究、生殖醫(yī)學(xué)健康研究、試管嬰兒等領(lǐng)域，亦可用于顆粒捕獲，如目標(biāo)微藻的挑取、納米材料顆粒的捕獲等。PLI系列數(shù)顯皮升注射泵包括的型號有：PLI-10，PLI-90A，PLI-100A等。其中PLI-100A有五種壓力選擇如：注射，平衡，清除，填注，固定。各種壓力數(shù)值、注射時間以及注射操作計數(shù)等參數(shù)均通過前面板上的數(shù)顯屏分別實時顯示。

   優(yōu)點：“平衡”壓力在每次注射脈沖之間讓玻璃注射針（玻璃毛細(xì)管）保持低的正性維持壓，以阻止液體通過毛細(xì)管虹吸作用或擴散的方式回吸（此壓力對于細(xì)胞內(nèi)壓較大的被注射物的注射操作特別有益處）。“清除”壓力主要用來防止玻璃注射針堵管問題或者處理被注射物保護(hù)膜比較厚，通過合適脈沖對保護(hù)膜穿孔的情況。“填注”壓力為負(fù)壓，用于對玻璃注射針管進(jìn)行樣品液的充液。“固定”壓力也為負(fù)壓，主要用于吸附支持被注射的物體，如卵細(xì)胞、昆蟲幼體等，防止被注射物滑動而造成顯微注射操作的失敗。

  不足的特性：無法達(dá)到的確定注射量，因為氣動注射泵單次注射的量與注射時脈沖壓力選擇、脈沖時間長度、玻璃注射針的長短和形狀及開口大小、注射液的粘度均有關(guān)系，以上參數(shù)如果無法*保持一致，則兩次注射或回吸的微量體積均不同；同時，通過氣壓脈沖控制的皮升注射泵，需要操作者有比較熟練的顯微操作經(jīng)驗，了解實驗中常用被注射物所需的注射體積和注射位點，多次操作訓(xùn)練后，才能實現(xiàn)重復(fù)性比較高的顯微操作注射量數(shù)據(jù)，間接地影響了實驗效率和初學(xué)者實驗的成功率。

  市場上成熟的氣壓動力來源注射泵推薦型號為數(shù)顯氣動皮升注射泵（武漢蓋爾德納科技有限公司提供，Gairdner Tech），如圖所示：

此系列數(shù)顯氣動皮升注射泵主要應(yīng)用前景為：

1.魚類遺傳學(xué)研究應(yīng)用：

●用于斑馬魚、青鳉、中華鱘、黑斑原鮡等魚類卵細(xì)胞及魚類幼體的核酸類物質(zhì)、染料、功能蛋白、慢病毒等的注射；

●用于海洋生物如珊瑚蟲等的遺傳學(xué)研究；

2.腦科學(xué)研究的應(yīng)用：

●用于光遺傳學(xué)研究中慢病毒等物質(zhì)的動物顱內(nèi)注射；

●用于神經(jīng)回路研究中藥物、染料或神經(jīng)遞質(zhì)的動物顱內(nèi)免震動注射；

●用于感染與免疫科學(xué)研究中細(xì)菌毒素、病毒等侵入腦組織的相關(guān)研究及治療性藥物的腦組織注射；

●用于神經(jīng)類藥物研究中，藥物透過血腦屏障等相關(guān)研究；

3.昆蟲研究的應(yīng)用：

●用于線蟲、蠕蟲體內(nèi)藥物、核酸物質(zhì)或染料注射；

●用于果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱等體內(nèi)藥物、核酸物質(zhì)或染料注射，涉及植物防蟲研究、昆蟲遺傳學(xué)研究等；

4.用于斑紋螺、爪蟾卵細(xì)胞及幼蟾體內(nèi)注射；

5.嚙齒類動物的研究應(yīng)用：

●用于鼠類、試驗兔等腦內(nèi)深部組織的藥物、核酸類物質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)或染料的注射；

●用于鼠類、試驗兔及其他動物的肢體器官或組織微損傷藥物、染料或其他物質(zhì)的注射，包括炎癥研究、光遺傳研究等；

6.用于生殖醫(yī)學(xué)研究：

●用于人工受精、試管嬰兒以及人類生殖健康學(xué)、優(yōu)生優(yōu)育遺傳學(xué)研究等；

7.用于動物育種改良、轉(zhuǎn)基因及基因編輯技術(shù)研究：

●哺乳動物如豬、牛、山羊等動物體細(xì)胞或卵細(xì)胞的核移植或基因編輯工具注射，涉及動物育種學(xué)、遺傳改良、轉(zhuǎn)基因動物、基因編輯技術(shù)等；

8.納米材料科學(xué)及微藻環(huán)境污染治理等研究：

●用于納米材料顆粒及目標(biāo)微藻的捕獲，分別涉及到納米生物醫(yī)用材料、納米載藥系統(tǒng)和基因工程微藻治理環(huán)境污染、功能微藻能源物質(zhì)生產(chǎn)等。

   3.納米步進(jìn)電機驅(qū)動的程控顯微注射泵系統(tǒng)，主要依據(jù)顯微控制電腦，在顯微控制電腦上設(shè)置好注射或者回吸所需的準(zhǔn)確體積（分辨率zui小1pl），完成注射/回吸所需的時間，以及操作過程自動完成的速率等參數(shù)，只需要要操作者按下開始開關(guān)或者腳踏開關(guān)，那么設(shè)置好的顯微注射程序就會自動地將樣品液注射到目標(biāo)物中。

   納米電機驅(qū)動的程控顯微注射泵我們主要推薦市場使用成熟穩(wěn)定的NanojectIII和QSI系統(tǒng)，其中Nanoject III系統(tǒng)是一代可編程顯微注射泵系統(tǒng)，非常適合用于定量定速對卵母細(xì)胞及動物幼體、原生動物、動物顱腦等的顯微注射或抽吸操作。它可提供快速、的zui少0.6nL的任意編程體積注射或抽吸，一次操作可注射或抽吸可達(dá)4200nL體積的樣品液。注射過程中使用玻璃毛細(xì)管，并用礦物油來充滿毛細(xì)管，再將礦物油大部分推出，然后將注射液體回抽到玻璃毛細(xì)管前面。對于部分操作實驗，亦可直接將注射液體灌充玻璃毛細(xì)管或者直接回抽注射液體，而不需要先填充礦物油。（武漢蓋爾德納科技有限公司提供，Gairdner Tech）推薦型號如圖所示：

NanojectIII主要應(yīng)用前景為：

1.斑馬魚等魚類研究的應(yīng)用：

●用于斑馬魚及其他魚類卵細(xì)胞基因或染料的注射或抽吸；

●用于斑馬魚及其他魚類幼魚體內(nèi)注射或抽吸；

2.昆蟲研究的應(yīng)用：

●用于線蟲、蠕蟲、果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱等卵細(xì)胞注射或抽吸；

●用于線蟲、蠕蟲體內(nèi)藥物或染料注射；

●用于果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱體內(nèi)藥物或染料注射；

3.用于爪蟾卵細(xì)胞及幼蟾體內(nèi)注射；

4.嚙齒類動物的研究應(yīng)用：

●用于大鼠、小鼠等腦內(nèi)深部組織的藥物或神經(jīng)遞質(zhì)或染料的注射；

●用于大鼠及小鼠卵細(xì)胞及胚胎基因物質(zhì)、藥物及染料注射等。

 而我們推薦的另外一套納米步進(jìn)電機驅(qū)動的顯微注射泵系統(tǒng)為超微量定位注射泵QSI是一代固定于腦立體定位儀或者顯微操作儀，進(jìn)行腦內(nèi)注射應(yīng)用的*儀器。QSI是目前市面上*能zui小注射量達(dá)到1pl，注射流速為0.05nl/min-520ul/min的超微量注射泵。本型號注射泵可以直接放置0.5ul到250ul容量的微量注射器，并且匹配市面上絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)的微量注射器型號，只需要簡單地從儀器的全觸屏微電腦控制器上選擇信息庫中對應(yīng)的注射器品牌和規(guī)格，即可實現(xiàn)體積和流速的注射或回吸操作。

推薦型號QSI（武漢蓋爾德納科技有限公司提供，Gairdner Tech）如圖所示：

此系列型號主要應(yīng)用前景為：

1.腦科學(xué)研究的應(yīng)用：

●用于光遺傳學(xué)研究中慢病毒等物質(zhì)的動物顱內(nèi)注射；

●用于神經(jīng)回路研究中藥物、染料或神經(jīng)遞質(zhì)的動物顱內(nèi)注射；

●用于感染與免疫科學(xué)研究中細(xì)菌毒素、病毒等侵入腦組織的相關(guān)研究；

●用于神經(jīng)類藥物研究中，藥物透過血腦屏障等相關(guān)研究；

2.昆蟲研究的應(yīng)用：

●用于線蟲、蠕蟲體內(nèi)藥物、核酸物質(zhì)或染料注射；

●用于果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱體內(nèi)藥物、核酸物質(zhì)或染料注射；

3.用于爪蟾卵細(xì)胞及幼蟾體內(nèi)注射；

4.嚙齒類動物的研究應(yīng)用：

●用于大鼠、小鼠等腦內(nèi)深部組織的藥物、核酸類物質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)或染料的注射；

●用于大鼠、小鼠及其他動物的器官或組織微損傷藥物、染料或其他物質(zhì)的注射。

關(guān)于在納米步進(jìn)電機驅(qū)動的顯微注射泵選擇上，NanojectIII和QSI均具有自動化程度高，易于初學(xué)者上手使用快，操作簡單，程控等特點，但是NanojectIII與QSI功能略有不同，其中QSI前端直接控制的注射針為微量注射器，為鋼針注射頭，可以注射動物組織，但是如需要注射更微小的細(xì)胞或者為了避免對活體動物造成損傷，我們建議在鋼針針頭前用熱熔膠接上一段玻璃注射針針頭。而NanojectIII（武漢蓋爾德納科技有限公司提供，Gairdner Tech）則不需要此熱熔膠轉(zhuǎn)接操作，因為該型號注射泵前端直接配備的為玻璃注射針針頭，可以直接使用。

各個科研院所的實驗人員，在選擇顯微注射泵系統(tǒng)前，應(yīng)該提前統(tǒng)計和預(yù)估本研究所將要注射的被注射物樣本為哪種，需要達(dá)到的顯微注射準(zhǔn)確性要求有多高，本實驗室的預(yù)算經(jīng)費為多少，實驗操作者的技術(shù)水平程度，以及后續(xù)對設(shè)備的維護(hù)費用，空間占用率、設(shè)備使用率等方面考慮，選擇*的顯微注射泵系統(tǒng)選擇方案。