亚微米级毛细管微探针的制作及其应用

　　0引言

　　近年来，试管婴儿的培育、动植物的克隆和细胞的电生理研究等生物医学工程技术取得了突破性进展。利用毛细管微探针或由微探针制成的微电极(以下均简称微探针)进行细胞操作、基因重组与电位记录，是其中不可缺少的重要环节。而微探针质量的优劣又直接影响到这些环节实际效果的好坏，因此微探针的制备十分关键。制备微探针的方法主要有成模法与热拉伸法等〔‘，2〕。成模法是利用掩模在氮化硅(Si3N4)基板上腐蚀出直径约1拌m的微孔，然后将基板粘贴到加热溶化的玻璃细管的端口上。这种微探针以及由此所制作的微电极，虽具有内径1拌m的微小端孔和良好的电阻电容等电学特性，但它没有细小的尖端，端部外径在1~左右，因此显然无法插入细胞作细胞操作与电生理记录之用。相比之下，由热拉伸法所得到的微探针，既具有良好的电学性能又具有十分微细的尖端。采用普通的热拉伸方法，可获得内径1拌m、外径数微米的微探针[3]，而制备尖端内外径在亚微米量级的微探针较为困难。为了满足细胞操作、细胞电生理研究与电化学微细加工等特殊用途的需要，我们新设计了一种用热拉伸法制备微探针的装置，可制作具有不同尖端内外径的毛细管微探针，尤其是可以大量制备尖端内外径在亚微米量级的微探针。

　　1毛细管微探针的制备

　　用热拉伸法制备毛细管微探针的装置主体部分如图1所示。被加工的玻璃细管同轴穿过加热电阻丝圈，上端固定在立式导轨架的上方，下端固定在重块组上。重块组以导槽形式与立式导轨配合，仅能沿着导轨上下滑动。电阻丝的加热温度与加热速度可由控制电路调节，每个重块的重量根据拉伸要求精确计算决定，而重块组的重量可通过加减重块的数量而改变。这些调节可使微探针拉伸出不同的尖端口径，以及不同的肩部长度，即从玻璃管被拉伸的起始部位到微探针尖端的长度。装置下方置有一自动开关，受重块掉下时的撞击，自动切断电阻丝的加热电流。在电阻丝部位设有一玻璃罩盖，目的是使拉伸成形后的微探针，在冷却过程中形状不受室内空气流动的影响。

　　利用上述装置进行了微探针的制备。采用的玻璃管外径为lmm，内径0.75mm。选用重量为95克与30克的重块各两个，可根据需要加减，产生不同的组合。电阻丝加热功率为100W。制备的操作过程是，将玻璃管穿过电阻丝圈，根据所需的微探针本体长度上下移动玻璃管并固定。预先设定好加热电压与电流值后开启电源，当电阻丝加热温度达到玻璃管的熔点时，被它所包围的那部分玻璃管开始溶化。在重块组的重力作用下，玻璃管溶化部分被逐渐拉伸而变得越来越细，当其强度不足以维持重块组时，被拉断形成上下两根微探针。这时重块组迅速向下滑落，并撞击自动开关而立即切断电源，以保证成形后的微探针不产生额外的热变形。所得到的两根微探针，固定在导轨架上的那根是正品，而固定在重块组上的是副品，可在一些要求不高的场合使用。制备这样一对微探针仅需10秒左右，具有很高的制备效率。