芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗技術是1976年由諾貝爾獎得主Neher和Sakmann發(fā)展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用將細胞水平和分子水平的生理學研究聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代細胞電生理研究的常規(guī)方法，廣泛應用于生物、生理、病理、藥理、神經(jīng)科學、植物和微生物等領域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術點燃了細胞和分子水平的生理學研究的**之火,與基因克隆技術(genecloning)并駕齊驅,給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。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。在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時，記錄到ACh的單通道離子電流，從而產生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內施加5-50cmH2O的負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時的噪聲實現(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等對該技術進行了改進，引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術，從而使該技術更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。進口單通道膜片鉗腦片Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術與RT-PCR技術結合起來運用。

膜片鉗技術實現(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，它還具有良好的機械穩(wěn)定性和化學絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。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)時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導水平，即O和1，分別對應通道的關閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時，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階，從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放，中間被閃動樣的關閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動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，是20世紀初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設計的主要目的是為了證明動作電位的產生機制，即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當時沒有直接測定膜通透性的方法，于是就用膜對某種離子的電導來**該種離子的通透性，膜電導測定的依據(jù)是電學中的歐姆定律，如膜的Na電導GNa與電化學驅動力（Em-ENa）和膜電流INa的關系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測量膜電流，再利用歐姆定律來計算膜電導，但是，利用膜電流來計算膜電導時，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**膜電導的變化。這一條件是利用電壓鉗技術實現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個世紀以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動作電位和動作電位過程中的膜電流的變化圖，他們的實驗***證明參與動作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對這些離子流進行了定量分析。這一技術對闡明動作電位的本質和離子通道的的研究做出了極大的貢獻。維持細胞正常形態(tài)和功能完整性。

膜片鉗技術的發(fā)展∶全自動膜片鉗技術（Automated patch clamp technique）的出現(xiàn)標志著膜片鉗技術已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段，從這個意義上說，前面所講的膜片鉗技術我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術（ Traditional patch clamp technique），傳統(tǒng)膜片鉗技術每次只能記錄一個細胞（或一對細胞），對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細胞的基礎實驗研究。全自動膜片鉗技術的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題，它不僅通量高，一次能記錄幾個甚至幾十個細胞，而且從找細胞、形成封接、破膜等整個實驗操作實現(xiàn)了自動化，免除了這些操作的復雜與困難。這兩個優(yōu)點使得膜片鉗技術的工作效率提高了!全自動膜片鉗技術采用的標本必須是懸浮細胞，像腦片這類標本無法采用。此外，全自動膜片鉗技術只能進行全細胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細胞貼附式單通道記錄模式，而不能進行其他模式的記錄。膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。進口細胞膜片鉗廠家

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。芬蘭單通道膜片鉗電壓鉗制

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