机器人清洁技术可以使神经科学研究自动化

对于正在聆听大脑神经元微弱窃窃私语的科学家而言，有史以来第一项用于清除记录信号的微型设备的机器人技术可以促进神经科学研究的新高度自动化。这可能会加快用于绘制脑细胞功能的信息的收集，并最终更好地了解我们的耳朵之间发生了什么。

该技术将用在称为膜片钳的记录方法中，在该方法中，将充满液体的微小玻璃移液管连接到单个神经元。自从三十年前发明了膜片钳技术以来，该技术就需要在记录之间更换移液器，这是一种手动过程，这会减缓研究速度。现在，由佐治亚理工学院的研究人员开发的一种机器人清洁技术使移液器可以重复使用多达11条记录，甚至可能更多，从而使记录更加自动化。

佐治亚理工学院的乔治·伍德拉夫机械工程学院副教授克雷格·弗雷斯特(Craig Forest)说：“这是朝着革新神经科学领域的机器人技术迈出的一步。” “我们希望能够将样品放入我们的机器中，并在它记录50个甚至100个神经元时走开。这可以为神经科学提供我们在分子生物学等其他领域所见过的那种研究自动化，从而极大地扩展我们聆听大脑信号的能力。”

在国立卫生研究院和艾伦脑科学研究所的支持下，这项研究于10月11日发表在《科学报告》杂志上。基于他们的清洁技术和使吸管连接到细胞的过程自动化的早期创新，佐治亚理工学院的研究人员展示了被认为是第一个在细胞培养物，脑切片和活体内执行顺序膜片钳记录的机器人大脑–无需人工操作。

为了共享其所做的工作，贴片夹紧机器人(称为“ patcherBot”)拥有自己的Twitter帐户，可以自动报告其记录的每个单元格。“这是第一个社交神经科学机器人，” Forest说。

膜片钳是刺激和记录神经元和其他细胞信号的金标准。它涉及用直径只有一微米的尖端的玻璃移液管接触细胞膜，形成紧密的密封，从而提供与细胞内部的直接电连接。这项工作非常细致且耗时，尽管最近也来自Forest实验室的一种称为Autopatcher的机器人技术已经实现了过程的自动化。

由于细胞碎片会阻止与细胞的紧密连接，因此每次记录时，研究人员不得不用新的移液管代替移液管。但是，在进行膜片钳夹时，研究生研究助理Ilya Kolb开始质疑吸管不能重复使用的传统观念。他了解用于清洁实验室玻璃器皿的清洁剂，并着手评估是否在机器人清洁过程中使用这些清洁剂。

“如果您可以在每次记录后自动清洁移液器，您可以告诉Autopatcher一次又一次地回到细胞中，” Forest解释说。“您甚至不必再在房间里了。您可以在离开实验室的那一天之前进行设置，第二天早晨返回时，您将记录50或100个单元。”

Kolb测试了八种清洁溶液，发现其中一种-Alconox-成功清除了碎屑。他对运行Autopatcher的软件进行了重新编程，以在每次记录之间添加清洁和漂洗步骤。新的机器人将移液器浸入位于样品旁孔中的清洁剂溶液中，在移液器中产生流体的流入和流出，然后将移液器移至单独的孔中进行冲洗。整个清洁过程大约需要一分钟，这比受过训练的人工操作者要快甚至更快。

研究人员将清洁后的移液器与新移液器的录音质量进行了比较。

“当我们用新鲜的移液器打补丁，并且用已经使用过并清洗了11次的移液器打补丁时，结果基本上是无法区分的，” Kolb说。“经过14次或更多次尝试，我们的确看到了某种程度的退化，但是我们希望，随着技术的改进，我们可以将移液器重复使用多达50或100次。”

与埃默里大学的研究人员合作，对该技术进行了测试，以确定是否残留的去污剂残留会影响活细胞。测试结果，加上对移液器的质谱研究，未发现不利影响。

佐治亚理工学院已就新的机器人技术申请了专利保护，该技术使技术人员可以使用显微镜视图简单地选择要记录的细胞，然后让机器工作。研究人员希望该技术可以商业化，不仅可以被目前使用膜片钳的数千个实验室使用，而且可以用于更广泛地扩展自动化应用，以进行药物测试和其他研究。

弗雷斯特说：“如果我们能够将这项技术整合到一台设备中，并拥有软件提供的所有智能功能，那将使该领域的研究真正民主化。” “这就是我们开发能够使新科学成为可能的工具的方向。”

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