芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗技術(shù)是1976年由諾貝爾獎(jiǎng)得主Neher和Sakmann發(fā)展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動(dòng)的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代細(xì)胞電生理研究的常規(guī)方法，廣泛應(yīng)用于生物、生理、病理、藥理、神經(jīng)科學(xué)、植物和微生物等領(lǐng)域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術(shù)點(diǎn)燃了細(xì)胞和分子水平的生理學(xué)研究的**之火,與基因克隆技術(shù)(genecloning)并駕齊驅(qū),給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測(cè)神經(jīng)元、心肌的活動(dòng)情況。這些技術(shù)是人們觀測(cè)神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動(dòng)為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，也是國(guó)家自然科學(xué)基金等鼓勵(lì)申報(bào)的重要領(lǐng)域。在膜電位改變時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)有電荷移動(dòng)，稱為門控電流。芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

1976年德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時(shí)的噪聲實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)，從而使該技術(shù)更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時(shí)間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻(xiàn)，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。進(jìn)口單通道膜片鉗腦片Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)結(jié)合起來運(yùn)用。

膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪聲水平降低，相對(duì)地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對(duì)單個(gè)離子通道進(jìn)行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時(shí)間不等的脈沖樣變化。他有兩個(gè)電導(dǎo)水平，即O和1，分別對(duì)應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時(shí)，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數(shù)目離子通道所形成的電流臺(tái)階，從而可推斷出被測(cè)膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動(dòng)是持續(xù)開放，中間被閃動(dòng)樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動(dòng)是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）

電壓鉗技術(shù)，是20世紀(jì)初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設(shè)計(jì)的主要目的是為了證明動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰電位是由于膜對(duì)鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當(dāng)時(shí)沒有直接測(cè)定膜通透性的方法，于是就用膜對(duì)某種離子的電導(dǎo)來**該種離子的通透性，膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜的Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測(cè)量膜電流，再利用歐姆定律來計(jì)算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來計(jì)算膜電導(dǎo)時(shí)，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導(dǎo)的變化。這一條件是利用電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個(gè)世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過程中的膜電流的變化圖，他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動(dòng)作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對(duì)闡明動(dòng)作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻(xiàn)。維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性。

膜片鉗技術(shù)的發(fā)展∶全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)（Automated patch clamp technique）的出現(xiàn)標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)嶄新階段，從這個(gè)意義上說，前面所講的膜片鉗技術(shù)我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)（ Traditional patch clamp technique），傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)每次只能記錄一個(gè)細(xì)胞（或一對(duì)細(xì)胞），對(duì)實(shí)驗(yàn)人員來說是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進(jìn)行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細(xì)胞的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題，它不僅通量高，一次能記錄幾個(gè)甚至幾十個(gè)細(xì)胞，而且從找細(xì)胞、形成封接、破膜等整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得膜片鉗技術(shù)的工作效率提高了!全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞，像腦片這類標(biāo)本無法采用。此外，全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)只能進(jìn)行全細(xì)胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細(xì)胞貼附式單通道記錄模式，而不能進(jìn)行其他模式的記錄。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細(xì)胞，形成吉?dú)W姆（GΩ）阻抗。進(jìn)口細(xì)胞膜片鉗廠家

由于電極前列與細(xì)胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實(shí)上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離。芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

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