非損傷微測技術

非損傷微測技術誕生於美國著名的伍茲霍爾海洋生物學實驗室（MBL, Woods Hole Marine Biological Laboratory）。

自1974年神經科學家Lionel F. Jaffe提出原初概念，到1990年成功應用於測定細胞的Ca流速，已經解決了眾多科學問題。今天，非損傷微測技術在生命科學、環境科學、材料科學等領域廣泛應用，在國際頂尖雜誌《Science》、 《Nature》、《PNAS》、《Plant Cell》、《Environmental Science & Technology》等發表了大量科研成果。非損傷微測技術的活體、動態和實時的測量方式，以及高分辨率和高靈敏度，將加深人類在科研領域的工作，促進對自然界的認識。

NMT（Non-invasive Micro-test Technology）是非損傷微測技術的簡稱。源於美國伍茲霍爾海洋生物學實驗室，由神經學家Lionel F. Jaffe於1974年發明。NMT是基因功能研究中的一種活體檢測技術，可在不損傷樣品的前提下檢測分子/離子進出生物活體的流速（流動速率和方向），基於NMT商業化的設備統稱為非損傷微測系統。

以測量Na的流速測定為例，説明其基本的工作原理。Na選擇性微電極通過前端灌充的液態離子交換劑（Liquid Ion eXchanger，LIX）實現Na的選擇性。該微電極在待測離子濃度梯度中以已知距離dx進行兩點測量,分別獲得電壓V₁和V₂。兩點間的濃度差dc則可以從V₁、V₂及已知的該微電極的電壓/濃度校正曲線(基於Nernst方程)計算獲得。D是離子的擴散常數( 單位：cm·sec)，將它們代入Fick第一擴散定律公式J = -D· dc/dx，可獲得該離子的流動速率(pico mol·cm·s) ，即：每秒鐘通過每平方釐米的該離子/分子的摩爾數（10級）。

注：熒光染料/光纖、納米碳絲、酶電極、金屬/合金等均可用來實現對某種離子/分子的選擇性測量。

Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Cd²⁺、Cl^-、NO₃^-、Pb²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Ar⁺、Cs⁺、Tl⁺、Zn²⁺、Al³⁺、HPO₄^2-、O₂、IAA、H₂O₂、葡萄糖、抗壞血酸、穀氨酸、水楊酸、尿素等

對整體或分離後的樣品不造成損傷，獲取正常生理狀態下的信息。

動態實時地（5秒左右）測量和獲取數據。

能夠同時測量某兩種離子，或者同時測量一種離子和一種分子。

可進行長達幾個小時，甚至更長時間的實時和動態監測。

預先知道測定的是何種離子或分子，無需用放射性、化學或藥理學等標記方法進行標記。

可進行流速和濃度的點、線、面及立體矢量掃描測量，且支持實時、手動、自動及編程等多種方式。

時間分辨率：5s

空間分辨率：1μm（正常測量尺度）

離子分子濃度測定精度： 10^-9M

離子分子流速測定精度：10^-15mol· cm^-2 · s^-1

直接測量，不需要研磨等傳統的提取方法。

整體、器官、組織、細胞、甚至富集細胞器都可以測量（原則上大於5μm即可）。

可在樣品外進行X、Y、Z三維數據採集，清晰闡明樣品及流速的空間相互關係。

1.生理調控研究

2.糖尿病研究

3.神經研究

4.腫瘤藥物抗藥性研究

5.藥理研究與藥效評價

6.骨骼研究

7.（幹）細胞凋亡活體檢測與研究

1.植物抗鹽等逆境研究

2.蛋白功能研究

3.植物發育調控

4.光合/呼吸作用研究

5.植物營養研究

6.植物與微生物相互作用

7.植物發育調節機制研究

8.重金屬污染與治理研究

細胞膜的研究

生態環境監測與分析研究

葡萄牙學者Anne-Frédérique Antoine在《Nature Cell Biology》發表研究論文，應用非損傷微測技術和激光共聚焦技術同時檢測卵細胞與配子融合過程中卵細胞內外Ca的變化情況。使用非損傷微測技術檢測發現，在融合一瞬間，胞外Ca有一個非常明顯的內流，而此時激光共聚焦技術發現胞內Ca顯著增加。説明卵細胞和配子融合過程中胞外的Ca參與了這個重要的生命過程。

劍橋大學的Matthew Gilliham等研究人員在《The Plant Journal》發表研究論文，應用膜片鉗技術獲得小麥根原生質體的全細胞外形及電流-電壓關係，並通過"非損傷微測技術"檢測出質膜K和Ca淨離子流速，與通過膜片鉗技術測得的電流強度做比較後發現，K流速/強度的比值變化反映了質膜上KORC通道的不同分佈，而且Ca流速與K通道的激活並沒有相關性。

研究表明當檢測到較強的Ca流時並未產生電流，也就是使用膜片鉗技術研究Ca通道時，即使沒有檢測到電流，但很可能存在Ca流。所以，同時檢測跨膜的離子流和電流才能準確地確定離子載體和離子通道的數量和類別。