非損傷微測技術是一種實時、動態(tài)的活體測定技術,。通過測定進出活體材料的離子和小分子的流速這一指標反映生命活動,，是生理功能研究的最佳工具之一,。非損傷微測技術與其他活體測定技術有所不同,，不受被測材料的限制，無需標記,，無需提取樣品,，就能夠獲得離子和小分子的空間運動大小和方向，具有廣闊的應用前景,。
非損傷微測技術自從1974年美國海洋生物學實驗室（MBL,，Marine Biological Laboratory，產生了54位諾貝爾獎獲得者的實驗室）的神經科學家Lionel F. Jaffe提出原初概念,，到1990年成功應用于測定細胞的Ca2+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(huán)境科學、材料科學等領域廣泛應用,，在國際頂尖期刊Nature、Science,、PNAS,、Plant Cell、Environmental Science & Technology等發(fā)表了大量科研成果,。非損傷微測技術的活體,、動態(tài)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。
非損傷微測技術是通過微電極和微傳感器獲取離子和分子的信號,，基于Nernst方程和Fick's第一擴散定律計算離子和分子的濃度和流速,，能夠獲得非常細微的信號,，流速能夠達到10-12mol/cm2.s。在生命科學領域,，非損傷微測技術是連接生命功能的橋梁,。在環(huán)境科學領域，非損傷微測技術的高靈敏度是人們探知環(huán)境惡化的預警系統(tǒng),。在材料科學領域,，非損傷微測技術對人們認識材料在液體環(huán)境中的性能提供了一個新穎的評價手段。
技術原理
以Ca2+濃度梯度和Ca2+微電極為例說明非損傷微測技術離子選擇性微電極的工作原理,。
Ca2+離子選擇性微電極通過前端灌充液態(tài)離子交換劑(Liquid Ion Exchanger,，LIX)實現Ca2+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(基于Nernst方程)計算獲得,。D是離子的擴散常數( 單位：cm2.sec-1),，將它們代入Fick's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-2.sec-1) 即：每秒鐘通過每平方厘米的該離子/分子摩爾數（10-12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,。
測定指標和材料
測量指標：Ca2+，H+,，K+,，Mg2+，Na+,，Cd2+,，Cl-，NH4+,，NO3-,，O2 ，H2O2的流速
測量材料：整體→器官→組織→細胞層→單細胞→（富集）細胞器（大于5µm的樣品）
注：隨著技術的發(fā)展,，非損傷微測技術能夠測量的離子和分子種類也在不斷增加,，如以后可以測定Zn2+，Al3+,，Fe3+,，NO，IAA,，Glu,，ATP,，Glucose等。
非損傷微測技術與激光共聚焦的異同,、結合
技術名稱
激光共聚焦技術
非損傷微測技術
相同點
實時
動態(tài)
數據可視化
測定游離的離子
區(qū)別
使用染料和激光光源
使用電極或者傳感器
需要標記
無需標記
熒光易發(fā)生淬滅
電極或者傳感器穩(wěn)定
測量時間短
測量時間可短,，可長
半活體（有損傷）
近似活體或者完全活體（測定無損傷）
檢測內部的離子濃度變化
檢測跨膜的離子流速以及外部的離子濃度
測定種類較少，依賴于染料
測定種類多,，可測Na+,，K+，NO3-,，O2等
測量材料不能太大,，以細胞為主
測量材料不限，從細胞到整體都可以測量
只能同時測定一種離子
可以同時測定兩種離子
結合
共同使用,，實現內外兼測
非損傷微測技術與膜片鉗技術的異同,、結合
技術名稱
膜片鉗技術
非損傷微測技術
相同點
測定離子的變化
數據可視化
區(qū)別
需要吸附、封接細胞膜
無需接觸樣品
測定過程對樣品有損傷
測定過程對樣品無損傷
測量時間短
測量時間可短,，可長
檢測離子通道的變化
檢測跨膜的離子流速以及外部的離子濃度
只能反映離子通道的變化,，無法測定分子
不僅可以測定離子，還可以測定分子,，如O2,，H2O2等
測量材料只能是細胞膜，無法測定組織或帶細胞壁的植物細胞
測量材料不限,，從細胞到整體都可以測量,，有無細胞壁均可
只能同時測定一種離子
可以同時測定兩種離子
操作難度大
操作簡單快捷
結合
共同使用，研究離子通道對離子轉運的貢獻和離子通道的功能
