显微注射泵选购技巧

显微注射泵系统研发背景：

　　在高倍倒置显微镜下，利用显微操作器（Micromanipulator），控制显微注射针在显微镜视野内移动的机械装置，用来进行细胞或早期胚胎以及动物组织显微操作的一种方法。而的显微注射技术，已经广泛扩大到动物育种、濒危物种保护、试管婴儿、基因编辑、基因敲除、光遗传学研究、神经回路研究、纳米颗粒捕获、工程微藻筛选、微流控芯片技术等方面。

 以细胞内微注射和微灌注技术为基础的玻璃针头(GlassNeedle，玻璃微量毛细移液管)的使用，已经在越来越多的实验生物学研究领域中成为一项非常普遍的操作方法，比如在转基因中等等。描述这些技术zui恰当的话应当称其为---显微操作，因为这些操作是通过单个的或多个的筒状玻璃微量移液管、定位装置（显微操作器）以及微量注射器或微量灌注器来在单个的细胞上进行的。

 显微注射应用的范围非常广泛，从辅助（体外）细胞受精技术至分子和细胞基本组分的转运都需使用这一技术，比较典型的是将某些物质注射进细胞中以操作和/或监测某种特定的存活细胞中的基本机体生物化学状态。这些可以注射进细胞的物质包括有：各种细胞器、激酶、组织化学标志物（比如辣根过氧化物酶或者荧光黄）、蛋白质、代谢物质、微磁头、离子、抗体、基因、分子生物学的mRNA和DNA等等。运用这一技术，也可以实现用于单个细胞或一组细胞的较少量（皮升至毫升）药剂或药物的输送（微灌注），例如药理学的药物检验。转基因动物的制作，可以利用基因微注射（gene microinjection）、胚干细胞（embryonic stem cells,ES cells）、载体（sperm vector）、反转录病毒感染（retroviral vectorinfection）及体细胞核移置（somatic cell nucleartransfer）等方法达成，其中显微注射为目前应用zui普遍之方法之一。

 显微注射法（microinjection）是利用管尖极细（0.1至0.5μm）的玻璃微量注射针，将外源基因片段直接注射到原核期胚或培养的细胞中，然后藉由宿主基因组序列可能发生的重组（rearrangement）、缺失（deletion）、复制（duplication）或易位（translocation）等现象而使外源基因嵌入宿主的染色体内。这种显微注射术的程序，需有相当精密的显微操作设备，制造长管尖时，需用微量吸管拉长器（micropipettepuller），注射时需有固定管尖位置的微量操作器。这种技术的长处为任何DNA在原则上均可传入任何种类的细胞内。此法已成功运用于包括小鼠、鱼、大鼠、兔子及许多大型家畜，如牛、羊、猪等基因转殖动物。

显微注射泵系统功能简介及选购方案建议：

 在显微注射技术中，zui重要的一环或者说设备是显微注射泵，而由此发展而来的一套精密仪器设备，统称为显微注射泵系统。显微注射泵系统主要包括：显微注射泵主机、显微操作仪、动力源和显微注射针。

 各种不同显微注射泵系统的归类主要依据该技术所依靠的显微注射泵主机来划分，目前上通用的显微注射泵主要分为三种类型；气压脉冲驱动的气泵，纳米步进电机程控的电动泵和液压驱动的手动注射泵。

　　1.液压驱动的手动注射泵由操作人员手动旋转刻度旋钮，通过压缩的液体前推或者回吸管路中的液体，从而控制显微注射泵注射针的样品液向前注射或者回抽胞内物质等，由于液体压力有一定的迟缓性和可压缩性，使得操作人员无法准确控制液压类型的显微操作仪的注射量或者回吸量，并且液压手动显微操作仪由于前推或者回吸压力比较小，对于细胞内压较大或者回吸阻力大，以及对于需要控制注射或回吸量的显微注射操作来说，并不合适。但是液压驱动的手动注射泵由于其价格实惠，能够满足一般实验室对于显微注射操作的需求，所以对于部分实验室使用者来说，有其选购的理由和价值，推荐型号如图：（武汉盖尔德纳科技有限公司提供，Gairdner Tech）液压手动注射泵。

2.气压驱动的显微注射泵系统，本系列设备通过注射泵主机后面板接口连接压力气瓶（通常为氮气、空气等），主机设置脉冲“注射”压力、注射时间以及依据注射时的玻璃注射针规格，将位于玻璃注射针内的样品注射到被注射物内部。

　　推荐型号为数显气动皮升注射泵是通过芯片控制注射时的脉冲压力、注射时间以及依据玻璃注射针的规格等，将样品（如药物、核酸类物质、染料、慢病毒、神经递质、基因编辑工具等）通过玻璃注射针注射到目标物中，注射体积范围从pl到ul不等。被注射物有哺乳动物细胞、鱼类卵细胞（如斑马鱼、青鳉、鳜鱼等）及鱼类幼体、珊瑚虫卵细胞、线虫、果蝇、飞蛾、白蚁、啮齿类动物颅脑组织等，可用于遗传学研究、基因干扰、转基因动物育种、基因编辑、光遗传学研究、神经回路研究、生殖医学健康研究、试管婴儿等领域，亦可用于颗粒捕获，如目标微藻的挑取、纳米材料颗粒的捕获等。PLI系列数显皮升注射泵包括的型号有：PLI-10，PLI-90A，PLI-100A等。其中PLI-100A有五种压力选择如：注射，平衡，清除，填注，固定。各种压力数值、注射时间以及注射操作计数等参数均通过前面板上的数显屏分别实时显示。

   优点：“平衡”压力在每次注射脉冲之间让玻璃注射针（玻璃毛细管）保持低的正性维持压，以阻止液体通过毛细管虹吸作用或扩散的方式回吸（此压力对于细胞内压较大的被注射物的注射操作特别有益处）。“清除”压力主要用来防止玻璃注射针堵管问题或者处理被注射物保护膜比较厚，通过合适脉冲对保护膜穿孔的情况。“填注”压力为负压，用于对玻璃注射针管进行样品液的充液。“固定”压力也为负压，主要用于吸附支持被注射的物体，如卵细胞、昆虫幼体等，防止被注射物滑动而造成显微注射操作的失败。

  不足的特性：无法达到的确定注射量，因为气动注射泵单次注射的量与注射时脉冲压力选择、脉冲时间长度、玻璃注射针的长短和形状及开口大小、注射液的粘度均有关系，以上参数如果无法*保持一致，则两次注射或回吸的微量体积均不同；同时，通过气压脉冲控制的皮升注射泵，需要操作者有比较熟练的显微操作经验，了解实验中常用被注射物所需的注射体积和注射位点，多次操作训练后，才能实现重复性比较高的显微操作注射量数据，间接地影响了实验效率和初学者实验的成功率。

  市场上成熟的气压动力来源注射泵推荐型号为数显气动皮升注射泵（武汉盖尔德纳科技有限公司提供，Gairdner Tech），如图所示：

此系列数显气动皮升注射泵主要应用前景为：

1.鱼类遗传学研究应用：

●用于斑马鱼、青鳉、中华鲟、黑斑原鮡等鱼类卵细胞及鱼类幼体的核酸类物质、染料、功能蛋白、慢病毒等的注射；

●用于海洋生物如珊瑚虫等的遗传学研究；

2.脑科学研究的应用：

●用于光遗传学研究中慢病毒等物质的动物颅内注射；

●用于神经回路研究中药物、染料或神经递质的动物颅内免震动注射；

●用于感染与免疫科学研究中细菌毒素、病毒等侵入脑组织的相关研究及治疗性药物的脑组织注射；

●用于神经类药物研究中，药物透过血脑屏障等相关研究；

3.昆虫研究的应用：

●用于线虫、蠕虫体内药物、核酸物质或染料注射；

●用于果蝇、棉铃虫、褐飞虱等体内药物、核酸物质或染料注射，涉及植物防虫研究、昆虫遗传学研究等；

4.用于斑纹螺、爪蟾卵细胞及幼蟾体内注射；

5.啮齿类动物的研究应用：

●用于鼠类、试验兔等脑内深部组织的药物、核酸类物质、神经递质或染料的注射；

●用于鼠类、试验兔及其他动物的肢体器官或组织微损伤药物、染料或其他物质的注射，包括炎症研究、光遗传研究等；

6.用于生殖医学研究：

●用于人工受精、试管婴儿以及人类生殖健康学、优生优育遗传学研究等；

7.用于动物育种改良、转基因及基因编辑技术研究：

●哺乳动物如猪、牛、山羊等动物体细胞或卵细胞的核移植或基因编辑工具注射，涉及动物育种学、遗传改良、转基因动物、基因编辑技术等；

8.纳米材料科学及微藻环境污染治理等研究：

●用于纳米材料颗粒及目标微藻的捕获，分别涉及到纳米生物医用材料、纳米载药系统和基因工程微藻治理环境污染、功能微藻能源物质生产等。

   3.纳米步进电机驱动的程控显微注射泵系统，主要依据显微控制电脑，在显微控制电脑上设置好注射或者回吸所需的准确体积（分辨率zui小1pl），完成注射/回吸所需的时间，以及操作过程自动完成的速率等参数，只需要要操作者按下开始开关或者脚踏开关，那么设置好的显微注射程序就会自动地将样品液注射到目标物中。

   纳米电机驱动的程控显微注射泵我们主要推荐市场使用成熟稳定的NanojectIII和QSI系统，其中Nanoject III系统是一代可编程显微注射泵系统，非常适合用于定量定速对卵母细胞及动物幼体、原生动物、动物颅脑等的显微注射或抽吸操作。它可提供快速、的zui少0.6nL的任意编程体积注射或抽吸，一次操作可注射或抽吸可达4200nL体积的样品液。注射过程中使用玻璃毛细管，并用矿物油来充满毛细管，再将矿物油大部分推出，然后将注射液体回抽到玻璃毛细管前面。对于部分操作实验，亦可直接将注射液体灌充玻璃毛细管或者直接回抽注射液体，而不需要先填充矿物油。（武汉盖尔德纳科技有限公司提供，Gairdner Tech）推荐型号如图所示：

NanojectIII主要应用前景为：

1.斑马鱼等鱼类研究的应用：

●用于斑马鱼及其他鱼类卵细胞基因或染料的注射或抽吸；

●用于斑马鱼及其他鱼类幼鱼体内注射或抽吸；

2.昆虫研究的应用：

●用于线虫、蠕虫、果蝇、棉铃虫、褐飞虱等卵细胞注射或抽吸；

●用于线虫、蠕虫体内药物或染料注射；

●用于果蝇、棉铃虫、褐飞虱体内药物或染料注射；

3.用于爪蟾卵细胞及幼蟾体内注射；

4.啮齿类动物的研究应用：

●用于大鼠、小鼠等脑内深部组织的药物或神经递质或染料的注射；

●用于大鼠及小鼠卵细胞及胚胎基因物质、药物及染料注射等。

 而我们推荐的另外一套纳米步进电机驱动的显微注射泵系统为超微量定位注射泵QSI是一代固定于脑立体定位仪或者显微操作仪，进行脑内注射应用的*仪器。QSI是目前市面上*能zui小注射量达到1pl，注射流速为0.05nl/min-520ul/min的超微量注射泵。本型号注射泵可以直接放置0.5ul到250ul容量的微量注射器，并且匹配市面上绝大多数厂家生产的微量注射器型号，只需要简单地从仪器的全触屏微电脑控制器上选择信息库中对应的注射器品牌和规格，即可实现体积和流速的注射或回吸操作。

推荐型号QSI（武汉盖尔德纳科技有限公司提供，Gairdner Tech）如图所示：

此系列型号主要应用前景为：

1.脑科学研究的应用：

●用于光遗传学研究中慢病毒等物质的动物颅内注射；

●用于神经回路研究中药物、染料或神经递质的动物颅内注射；

●用于感染与免疫科学研究中细菌毒素、病毒等侵入脑组织的相关研究；

●用于神经类药物研究中，药物透过血脑屏障等相关研究；

2.昆虫研究的应用：

●用于线虫、蠕虫体内药物、核酸物质或染料注射；

●用于果蝇、棉铃虫、褐飞虱体内药物、核酸物质或染料注射；

3.用于爪蟾卵细胞及幼蟾体内注射；

4.啮齿类动物的研究应用：

●用于大鼠、小鼠等脑内深部组织的药物、核酸类物质、神经递质或染料的注射；

●用于大鼠、小鼠及其他动物的器官或组织微损伤药物、染料或其他物质的注射。

关于在纳米步进电机驱动的显微注射泵选择上，NanojectIII和QSI均具有自动化程度高，易于初学者上手使用快，操作简单，程控等特点，但是NanojectIII与QSI功能略有不同，其中QSI前端直接控制的注射针为微量注射器，为钢针注射头，可以注射动物组织，但是如需要注射更微小的细胞或者为了避免对活体动物造成损伤，我们建议在钢针针头前用热熔胶接上一段玻璃注射针针头。而NanojectIII（武汉盖尔德纳科技有限公司提供，Gairdner Tech）则不需要此热熔胶转接操作，因为该型号注射泵前端直接配备的为玻璃注射针针头，可以直接使用。

各个科研院所的实验人员，在选择显微注射泵系统前，应该提前统计和预估本研究所将要注射的被注射物样本为哪种，需要达到的显微注射准确性要求有多高，本实验室的预算经费为多少，实验操作者的技术水平程度，以及后续对设备的维护费用，空间占用率、设备使用率等方面考虑，选择*的显微注射泵系统选择方案。