美國全自動膜片鉗研究

在形成高阻抗封接后，記錄實驗結(jié)果之前，通常要根據(jù)實驗的要求進行參數(shù)補償，以期獲得符合實際的結(jié)果。需要注意的是，應恰當設置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監(jiān)測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術要求高，要掌握有關技術和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實驗數(shù)據(jù)中，經(jīng)過處理和分析，得出有意義、有價值的結(jié)果和結(jié)論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內(nèi)、外液，如何選擇阻斷劑、激動劑，如何進行正確的數(shù)據(jù)采集等許多更為復雜的問題，還需在科研實踐中不斷地探索和解決。在細胞膜的電學模型中，膜電容和膜電導構(gòu)成了一個并聯(lián)回路。美國全自動膜片鉗研究

膜片鉗技術與其它技術相結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術與Fura2熒光測鈣技術結(jié)合，同時進行如細胞內(nèi)熒光強度、細胞膜離子通道電流及細胞膜電容等多指標變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進而可分析這些變化間的相互關系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關系及比較大分泌率等指標。他又創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學檢測聯(lián)合運用的技術。之后又將光電聯(lián)合檢測技術與碳纖電極電化學檢測技術首先結(jié)合起來。這種結(jié)合既能研究分泌機制，又能鑒別分泌物質(zhì)，還能互相彌補各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術與RT-PCR技術結(jié)合起來運用，可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果作出分子水平的解釋，從此開始了膜片鉗與分子生物學技術相結(jié)合的時代∶基因重組技術，膜通道蛋白重建技術。日本多通道膜片鉗解決方案早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術作細胞內(nèi)電活動的記錄。

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態(tài)下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發(fā)時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術

鈣成像技術被廣泛應用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細胞胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經(jīng)以及多種細胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領域。光遺傳學調(diào)控技術是近幾年正在迅速發(fā)展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調(diào)控技術現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學，特別是神經(jīng)和心臟研究領域中熱門的研究方向之一。目前這一技術正在被全球幾百家從事心臟學、神經(jīng)科學和神經(jīng)工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機理并研發(fā)針對疾病干預和的新技術。由于膜片鉗檢測的是PA級的微電流信號，因此需要特殊的放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設備均具有良好的機械穩(wěn)定性，以使微電極與細胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細胞的形態(tài)對應，以實現(xiàn)良好的封接。全細胞膜片鉗記錄是應用較早，也是普遍的鉗位技術。德國單通道膜片鉗技術

膜片鉗技術已成為研究離子通道的"金標準"。美國全自動膜片鉗研究

膜片鉗技術原理：膜片鉗技術是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來（見右圖），由于電極前列與細胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學上隔離，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強度，就單一離子通道電流膜片鉗技術的建立，對生物學科學特別是神經(jīng)科學是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的（或多個的離子通道分子活動的技術。些技術的出現(xiàn)自然將細胞水平和分子水平的生理學研究聯(lián)系在一起，同時又將神經(jīng)科學的不同分野必然地融匯在一起，改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認識能力的弊端。這一技術的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術并架齊驅(qū)，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。美國全自動膜片鉗研究

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