微型双元件应变计的制备与植入用于测量 体内 啮齿类动物的胃肠道收缩

摘要

在实验动物胃肠道中对平滑肌收缩进行体内测量仍是一种强大但尚未被充分利用的技术。目前市场上无法购得柔性双元件应变规，需自行制备。本方案描述了用于在啮齿类动物中进行急性或慢性植入的可靠且低成本应变规的构建方法。

摘要

胃肠道功能障碍仍然是导致发病率和死亡率的主要原因。事实上，胃肠道（GI）在健康与疾病状态下的运动功能是一个富有成果的研究领域，仅在过去5年中就发表了超过1,400项动物研究。目前已开发出多种技术用于定量评估胃、小肠和结肠的平滑肌活动。 体外 和 离体 技术为胃肠道功能的机制研究提供了强有力的工具，但这些研究往往脱离了完整有机体所具备的整合性系统环境。通常，测量 体内 胃平滑肌收缩的研究通常采用麻醉状态下的动物模型，结合手术植入的压力传感器、轻度充气的气囊等静态压力负荷，或在等压反馈控制下用液体扩张胃部的方法。然而，这些方法在结果解读及其应用性方面均存在某些独特的局限性 体内 用于清醒实验动物模型。将双元件应变片固定于胃肠道浆膜表面的方法具有多种实验优势，其优点可能持续超过局限性。由于此类应变片尚未商业化供应，本视频详细展示了当前设计应变片的逐步制备流程。本方案所述应变片专为记录大鼠胃动力而设计，但该设计已改进用于记录整个胃肠道平滑肌活动，仅需在制备过程中进行细微调整。文中还包含来自整个胃肠道的代表性数据，以及数据分析方法、结果解读与数据呈现的讨论。

引言

记录的实验研究 体内 在多种实验条件下研究胃肠道（GI）运动功能，仍是理解维持营养稳态所必需的正常及病理生理过程的有力工具。传统上，已有多种实验方法被用于此类研究，其中一些方法与临床实践中采用的技术相似。 ¹，已被用于直接量化胃肠道收缩频率的变化 ^2-5管腔内压力 ^{6, 7}，或非吸收性标记物的胃肠道通过情况 ^{8, 9} 或稳定同位素 ^10-12每种技术都有其独特的优缺点，这些已在先前的文献中有所讨论。例如，由于球囊材料本身具有顺应性，气囊测压法在量化压力变化方面的有效性受到质疑；而通过胃肠道回收不可吸收标记物的方法则需处死实验动物才能获得单个数据点。最近，已有研究报道并验证了一种微型动脉压导管的应用，该方法为监测大鼠和小鼠的胃收缩功能提供了一种非手术手段。 ³虽然经口胃置入的压力传感器可通过避免侵入性手术来有效消除对胃肠功能的混杂因素影响，但该方法仅适用于麻醉状态下的实验准备。此外，由于缺乏可视化引导，无法确保传感器在胃内特定区域的一致性定位。因此，该技术的应用仅限于胃或结肠，而在十二指肠或回肠中，由于无法实现可视化，且传感器导丝相对较硬，故不可行。

同样，生物磁交流磁化率测定法（ACB）技术已通过胃肠道收缩分析的验证⁴。尽管ACB技术为测量胃肠道收缩提供了一种非侵入性方法，但其存在类似的局限性，即使用摄入的....

方案

所有操作均遵循美国国立卫生研究院指南，并经宾夕法尼亚州立大学赫尔希医学院机构动物护理和使用委员会批准。大鼠饲养遵循常规动物实验设施操作规范。注意：本方案使用8周龄及以上、初始体重为175–200 g的雄性Wistar大鼠。

1. 应变片制作步骤

1. 大多数工具和组件仍可从原始公司或其后续公司获得，详见表1。
2. 两个单元件应变片的制备与粘接
   1. 使用洁净的Dumont #5镊子小心操作应变片元件（EA-06-031-350）。为限制元件不必要的移动，可使用一小块洁净的自粘纸，粘性面朝上，将元件固定在工作台面上，避免污染或过度粘附。
   2. 将两个单应变片元件背对背粘接，形成双元件结构。用异丙醇清洁每个元件薄膜的背面，并让其自然挥发干燥（用纱布擦拭常会引入难以去除的纤维污染物）。在体视显微镜（1–3倍）引导下，使用洁净的艺术家画笔（10-0号驼毛笔），在其中一个元件背面涂上一层薄薄的环氧-酚醛胶粘剂，立即让第二个元件的背面与之接触，并对齐箔格 （图1A）。
   3. 将粘接好的元件置于50–60 °C烘箱中过夜，以充分固化环氧树脂。
      注：切勿夹紧粘接后的元件，否则多余的环氧树脂可能渗出并污染元件，压力也可能导致网格错位。双组分环氧树脂混合后在冷藏条件下仅可使用6周。建议一次性粘接并固化足够数量的元件，并将....

结果

图 2 展示了使用硫喷妥钠麻醉的大鼠的代表性数据。图 2 上方的曲线显示了在脑干给予促甲状腺激素释放激素（TRH，100 pmol）后大鼠胃体的收缩情况，TRH 是一种已知可增强胃肠运动的肽类物质^{3, 19}。图中可见给药前的基线收缩以及随后胃平滑肌节律性活动的增强。注意：对胃收缩峰的分析采用 Ormsby 和 Bass 原先建立的公式进行²⁰

运动指数 = (N₁×1) + (N₂×2) + (N₃×4) + (N₄×8)

根据该公式，N 等于特定毫克范围内的峰总数。因此，假设 0 mg 信号表示无胃动力活动，则峰间正弦信号可分别按 N₁ 至 N₄ 计算为 25 - 50 mg、60 - 100 mg、110 - 200 mg 以及大于 210 mg 的信号。该公式对数秒或数分钟内自然发生的基线张力波动较不敏感。为了通过.......

讨论

本文所述方法可使各个实验室自行制备用于生物学研究的高灵敏度微型应变片，其应用范围包括但不限于小型实验动物的胃肠道运动功能检测。由于此类应变片已不再商业化生产，研究胃肠道功能的实验室只能依赖其他技术手段，而这些手段可能无法完全满足实验所需的全部应用需求。本报告在先前已有技术¹⁵的基础上，提供了更为详尽和更新的描述。正文及配套视频特别针对我们在应变片制备工艺开发与掌握过程中所发现的常见问题，提出了相应的解决方案。

如所述，每个步骤均介绍了成功制备的关键技术。确保所有连接处焊接清洁且牢固，同时避免因焊接过程中热量过大而损坏元件，是实现成功最常见的挑战。细规格导线若未使用热缩管或硅酮环氧树脂进行适当加固，则容易断裂，导致在轻微弯曲应变片时信号丢失。应变片在塑料接线端子基座内的金质连接点附近，若导线断裂或断开，是此前功能正常的应变片最常见的失效形式。可通过移除热缩管，小心拆卸单个应变片，以暴露断裂的导线。将导线重新焊接至金质连接点后，需使用新的热缩管重新组装整个应变片。

经过一些练习，并仔细注意制作尺寸均匀的应变片.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
应变片元件	Micro-Measurements（Vishay 产品集团）	EA-06-031-350	线性图案，金属箔，应力分析应变片（需2个）<胃肠道功能障碍仍然是导致发病率和死亡率的主要原因。事实上，胃肠道（GI）在健康与疾病状态下的运动功能研究领域持续产出成果，仅在过去5年中就发表了超过1400项动物研究。目前已开发出多种技术用于量化胃、小肠和结肠的平滑肌活动。体外（in vitro）和离体（ex vivo）技术为胃肠道功能的机制研究提供了有力工具，但这些方法脱离了完整机体所固有的整合系统环境。通常，在活体（in vivo）条件下测量胃部平滑肌收缩的方法包括使用麻醉动物模型，并结合手术植入的压力传感器、施加静态压力负荷（如轻度充气的气球），或通过在压力恒定反馈控制下向胃内注入液体以扩张胃腔。然而，这些方法中的许多在结果解释以及在清醒实验动物模型中进行活体应用方面均存在独特缺点。使用固定于胃肠道浆膜表面的双元件应变计已展现出多种实验优势，其优点可能持续超过其局限性。由于此类应变计目前并未商业化供应，本视频演示将提供当前设计应变计制备的详细逐步操作指南。本方案中描述的应变计专为在大鼠中记录胃部运动功能而设计。该设计亦已修改用于沿整个胃肠道记录平滑肌活动，仅需在整体制造过程中进行细微调整。本文还包含来自整个胃肠道的代表性数据，以及对分析方法、数据解释与呈现方式的讨论。> www.vishaypg.com/micro-measurements/ 或 http://www.vishaypg.com/docs/11070/031ce.pdf
环氧-酚醛粘合剂	M-bond 610	用于粘接应变片元件的通用粘合剂	http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf
3芯绝缘导线	336-FTE	细规格柔性通用导线	http://www.vishaypg.com/docs/11024/wirecable.pdf
助焊剂和松香助焊剂套装	FAR-2 M-Flux AR试剂盒	液体焊剂	http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf
焊料	361A-20R-25	专为应变片应用优化并推荐使用	http://www.vishaypg.com/docs/11023/soldacce.pdf
金质插孔连接器	PlasticsOne	E363/0	电极基座插座触点 http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=407
电极基座	MS363	固定导线接触点的平台	http://www.plastics1.com/PCR/Catalog/Item.php?item=499
6线电缆	363 带乙烯基插头/滑动连接/6	预制的乙烯基涂层电缆（定制长度），配备与电极基座匹配的插头适配器，以及带镀锡焊片的终端接线端
硅橡胶浇铸化合物	EIS 电气产品	Elan Tron E211	应变片/导线焊点封装介质 http://www.eis-inc.com
HOTweezers	Meisei Corporation	型号 4B	导线绝缘剥线钳 http://www.impexron.us
焊台	Weller（Apex Tool Group）	WES 51	高质量焊料设备<胃肠道功能障碍仍然是导致发病率和死亡率的主要原因。事实上，胃肠道（GI）运动功能在健康与疾病状态下的研究始终是一个富有成果的领域，仅在过去5年中就发表了超过1,400项动物研究。目前已开发出多种技术用于量化胃、小肠和结肠的平滑肌活动。体外（in vitro）和离体（ex vivo）技术为胃肠道功能的机制研究提供了强有力的工具，但这些方法脱离了完整有机体所固有的整合系统。通常，在活体（in vivo）条件下测量胃平滑肌收缩多采用麻醉动物模型，并结合手术植入的压力传感器、施加静态压力负荷（如轻度充气的球囊）或在恒压反馈控制下以液体扩张胃腔。然而，这些方法在结果解释以及应用于清醒实验动物模型的活体研究方面均存在独特局限。将双元件应变片固定于胃肠道浆膜表面的技术已展现出多种实验优势，其优点可能持续超过其缺点。由于此类应变片尚未商业化，本视频演示提供了当前设计应变片制备的详细逐步操作指南。本方案所述应变片专为大鼠胃动力记录而设计，该设计亦已修改用于记录整个胃肠道的平滑肌活动，整体制作过程仅需细微调整。本文还提供了来自整个胃肠道的代表性数据，并讨论了分析方法、数据解释与呈现方式。> http://www.apexhandtools.com/weller/index.cfm
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