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微電極法微電極是指電極尖端長為幾微米至幾百微米且直徑在0.25~5.00μm范圍內的電極,但用于細胞外測定時,尖端直徑為幾百微米者也可叫作微電極。微電極法測量pH值是通過將微電極直接刺入待檢測組織或細胞中進行pH值的測量。
原理
pH敏感型玻璃微電極主要由玻璃微吸管、微參比電極和pH值敏感電極(內含氫離子交換劑)組成。微參比電極與氫離子交換電極共同構成測量電池。用于細胞內、外pH值測定的微參比電極尖端直徑分別為1~3μm、50~100μm。測定細胞內pH值時,將微電極插入待測細胞內,然后讀取兩電極間的電位差數值,經過相應的計算后即可得出所測pH值。
優缺點
優點①測量精確度較高,可精確到0.02~0.05個pH單位,并且校準比較簡單。②時間分辨力高,既可反映pH的瞬時變化,又可持續監測細胞內pH值變化。③可同時記錄細胞膜電位的改變,提供細胞功能的其他信息。④微電極體積較小,較適合實驗室的常規使用。
缺點①具有有創性。微電極必須插入組織或細胞中才能實現對細胞外液或細胞內液中pH值的測量,必然造成組織或細胞的損傷,限制了其臨床應用。②測量誤差來源多,穿刺時微電極易被堵塞導致細胞液無法與pH敏感電極充分接觸;穿刺損傷導致細胞液滲漏,細胞內、外液混合導致pH值改變;灰塵、油污或細胞膜物質等附著于微電極的活性表面導致pH敏感電極的敏感性降低。③重復使用率低。使用過程中氫離子交換劑不斷逸失,電極功能衰退較快,因此平均工作壽命短,在一次實驗過程中往往需要使用數個電極[33]。④技術操作難度大。測量細胞內pH值時必須保證微電極的活性表面僅與細胞內部液體接觸,同時要避免受到細胞外液影響;操作時要借助顯微鏡進行觀察,對操作者的操作水平也有較高的要求;受微電極尖端直徑的限制,待測細胞的胞徑也不能過小;由于操作復雜,所需時間較長,因此無法實現細胞內多個位點的pH值測定。
研究進展
微電極的發展主要依賴于其制作材料的發展,隨著制作材料的不斷改進,諸如鈉、鉀、鈣離子敏感玻璃微電極等pH測量微電極以外的微電極也逐漸被開發出來,有的微電極同時整合了多種測量功能,大大方便了基礎和臨床研究,并拓展了其在生物學研究中的應用。微電極為研究鈉、鉀、鈣等離子在細胞內外的濃度及其與pH值的相互關系、細胞內外離子跨膜轉運的機制[34]等提供了有效手段。微電極的發展還衍生出了神經細胞電生理技術[35],為研究者在神經細胞的研究提供了一大助力。目前,微電極的應用多集中于實驗室,在臨床方面的應用有待發展。