顯微注射泵系統研發背景：

　　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移動的機械裝置，用來進行細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，已經廣泛擴大到動物育種、瀕危物種保護、試管嬰兒、基因編輯、基因敲除、光遺傳學研究、神經回路研究、納米顆粒捕獲、工程微藻篩選、微流控芯片技術等方面。

 以細胞內微注射和微灌注技術為基礎的玻璃針頭(GlassNeedle，玻璃微量毛細移液管)的使用，已經在越來越多的實驗生物學研究領域中成為一項非常普遍的操作方法，比如在轉基因中等等。描述這些技術zui恰當的話應當稱其為---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胞上進行的。

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

 顯微注射法（microinjection）是利用管尖極細（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的細胞中，然后藉由宿主基因組序列可能發生的重組（rearrangement）、缺失（deletion）、復制（duplication）或易位（translocation）等現象而使外源基因嵌入宿主的染色體內。這種顯微注射術的程序，需有相當精密的顯微操作設備，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。這種技術的長處為任何DNA在原則上均可傳入任何種類的細胞內。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、豬等基因轉殖動物。

顯微注射泵系統功能簡介及選購方案建議：

 在顯微注射技術中，zui重要的一環或者說設備是顯微注射泵，而由此發展而來的一套精密儀器設備，統稱為顯微注射泵系統。顯微注射泵系統主要包括：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的歸類主要依據該技術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；氣壓脈沖驅動的氣泵，納米步進電機程控的電動泵和液壓驅動的手動注射泵。

　　1.液壓驅動的手動注射泵由操作人員手動旋轉刻度旋鈕，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物質等，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，對于細胞內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.氣壓驅動的顯微注射泵系統，本系列設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），主機設置脈沖“注射”壓力、注射時間以及依據注射時的玻璃注射針規格，將位于玻璃注射針內的樣品注射到被注射物內部。

　　推薦型號為數顯氣動皮升注射泵是通過芯片控制注射時的脈沖壓力、注射時間以及依據玻璃注射針的規格等，將樣品（如藥物、核酸類物質、染料、慢病毒、神經遞質、基因編輯工具等）通過玻璃注射針注射到目標物中，注射體積范圍從pl到ul不等。被注射物有哺乳動物細胞、魚類卵細胞（如斑馬魚、青鳉、鱖魚等）及魚類幼體、珊瑚蟲卵細胞、線蟲、果蠅、飛蛾、白蟻、嚙齒類動物顱腦組織等，可用于遺傳學研究、基因干擾、轉基因動物育種、基因編輯、光遺傳學研究、神經回路研究、生殖醫學健康研究、試管嬰兒等領域，亦可用于顆粒捕獲，如目標微藻的挑取、納米材料顆粒的捕獲等。PLI系列數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。各種壓力數值、注射時間以及注射操作計數等參數均通過前面板上的數顯屏分別實時顯示。

   優點：“平衡”壓力在每次注射脈沖之間讓玻璃注射針（玻璃毛細管）保持低的正性維持壓，以阻止液體通過毛細管虹吸作用或擴散的方式回吸（此壓力對于細胞內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膜比較厚，通過合適脈沖對保護膜穿孔的情況。“填注”壓力為負壓，用于對玻璃注射針管進行樣品液的充液。“固定”壓力也為負壓，主要用于吸附支持被注射的物體，如卵細胞、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系，以上參數如果無法*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，多次操作訓練后，才能實現重復性比較高的顯微操作注射量數據，間接地影響了實驗效率和初學者實驗的成功率。

  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：

此系列數顯氣動皮升注射泵主要應用前景為：

1.魚類遺傳學研究應用：

●用于斑馬魚、青鳉、中華鱘、黑斑原鮡等魚類卵細胞及魚類幼體的核酸類物質、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研究；

2.腦科學研究的應用：

●用于光遺傳學研究中慢病毒等物質的動物顱內注射；

●用于神經回路研究中藥物、染料或神經遞質的動物顱內免震動注射；

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

●用于神經類藥物研究中，藥物透過血腦屏障等相關研究；

3.昆蟲研究的應用：

●用于線蟲、蠕蟲體內藥物、核酸物質或染料注射；

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

4.用于斑紋螺、爪蟾卵細胞及幼蟾體內注射；

5.嚙齒類動物的研究應用：

●用于鼠類、試驗兔等腦內深部組織的藥物、核酸類物質、神經遞質或染料的注射；

●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、染料或其他物質的注射，包括炎癥研究、光遺傳研究等；

6.用于生殖醫學研究：

●用于人工受精、試管嬰兒以及人類生殖健康學、優生優育遺傳學研究等；

7.用于動物育種改良、轉基因及基因編輯技術研究：

●哺乳動物如豬、牛、山羊等動物體細胞或卵細胞的核移植或基因編輯工具注射，涉及動物育種學、遺傳改良、轉基因動物、基因編輯技術等；

8.納米材料科學及微藻環境污染治理等研究：

●用于納米材料顆粒及目標微藻的捕獲，分別涉及到納米生物醫用材料、納米載藥系統和基因工程微藻治理環境污染、功能微藻能源物質生產等。

   3.納米步進電機驅動的程控顯微注射泵系統，主要依據顯微控制電腦，在顯微控制電腦上設置好注射或者回吸所需的準確體積（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，只需要要操作者按下開始開關或者腳踏開關，那么設置好的顯微注射程序就會自動地將樣品液注射到目標物中。

   納米電機驅動的程控顯微注射泵我們主要推薦市場使用成熟穩定的NanojectIII和QSI系統，其中Nanoject III系統是一代可編程顯微注射泵系統，非常適合用于定量定速對卵母細胞及動物幼體、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4200nL體積的樣品液。注射過程中使用玻璃毛細管，并用礦物油來充滿毛細管，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主要應用前景為：

1.斑馬魚等魚類研究的應用：

●用于斑馬魚及其他魚類卵細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注射或抽吸；

2.昆蟲研究的應用：

●用于線蟲、蠕蟲、果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱等卵細胞注射或抽吸；

●用于線蟲、蠕蟲體內藥物或染料注射；

●用于果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱體內藥物或染料注射；

3.用于爪蟾卵細胞及幼蟾體內注射；

4.嚙齒類動物的研究應用：

●用于大鼠、小鼠等腦內深部組織的藥物或神經遞質或染料的注射；

●用于大鼠及小鼠卵細胞及胚胎基因物質、藥物及染料注射等。

 而我們推薦的另外一套納米步進電機驅動的顯微注射泵系統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，進行腦內注射應用的*儀器。QSI是目前市面上*能zui小注射量達到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廠家生產的微量注射器型號，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的注射器品牌和規格，即可實現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：

此系列型號主要應用前景為：

1.腦科學研究的應用：

●用于光遺傳學研究中慢病毒等物質的動物顱內注射；

●用于神經回路研究中藥物、染料或神經遞質的動物顱內注射；

●用于感染與免疫科學研究中細菌毒素、病毒等侵入腦組織的相關研究；

●用于神經類藥物研究中，藥物透過血腦屏障等相關研究；

2.昆蟲研究的應用：

●用于線蟲、蠕蟲體內藥物、核酸物質或染料注射；

●用于果蠅、棉鈴蟲、褐飛虱體內藥物、核酸物質或染料注射；

3.用于爪蟾卵細胞及幼蟾體內注射；

4.嚙齒類動物的研究應用：

●用于大鼠、小鼠等腦內深部組織的藥物、核酸類物質、神經遞質或染料的注射；

●用于大鼠、小鼠及其他動物的器官或組織微損傷藥物、染料或其他物質的注射。

關于在納米步進電機驅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前，應該提前統計和預估本研究所將要注射的被注射物樣本為哪種，需要達到的顯微注射準確性要求有多高，本實驗室的預算經費為多少，實驗操作者的技術水平程度，以及后續對設備的維護費用，空間占用率、設備使用率等方面考慮，選擇*的顯微注射泵系統選擇方案。