膜片鉗技術(shù)

膜片鉗的基本原理則是利用負(fù)反饋電子線路，將微電極前列所吸附的一個(gè)至幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜的電位固定在一定水平上，對(duì)通過(guò)通道的微小離子電流作動(dòng)態(tài)或靜態(tài)觀察，從而研究其功能。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電流固定的關(guān)鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻密封，其阻抗數(shù)值可達(dá)10～100GΩ(此密封電阻是指微電極內(nèi)與細(xì)胞外液之間的電阻)。由于此阻值如此之高，故基本上可看成絕緣，其上之電流可看成零，形成高阻密封的力主要有氫健、范德華力、鹽鍵等。此密封不僅電學(xué)上近乎絕緣，在機(jī)械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小，其下膜面積只約1μm2，在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少，一般只有一個(gè)或幾個(gè)通道，經(jīng)這一個(gè)或幾個(gè)通道流出的離子數(shù)量相對(duì)于整個(gè)細(xì)胞來(lái)講很少，可以忽略，也就是說(shuō)電極下的離子電流對(duì)整個(gè)細(xì)胞的靜息電位的影響可以忽略，那么，只要保持電極內(nèi)電位不變，則電極下的一小片細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差就不變，從而實(shí)現(xiàn)電位固定。浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對(duì)全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容。膜片鉗技術(shù)

對(duì)單細(xì)胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究，將膜片鉗技術(shù)與單細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)欠磻?yīng)技術(shù)結(jié)合，在全細(xì)胞膜片鉗記錄下，將單細(xì)胞內(nèi)容物或整個(gè)細(xì)胞（包括細(xì)胞膜）吸入電極中，將細(xì)胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴(kuò)增及待檢的特異mRNA的檢測(cè)，借此可對(duì)形態(tài)相似而電活動(dòng)不同的結(jié)果做出分子水平的解釋或?yàn)閱渭?xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供標(biāo)本，為同一結(jié)構(gòu)中形態(tài)非常相似但功能不同的事實(shí)提供分子水平的解釋。目前國(guó)際上掌握此技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室較少，我國(guó)北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所于1994年在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展。芬蘭雙電極膜片鉗電生理技術(shù)了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對(duì)于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)、將一定密度的細(xì)胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極前列的單個(gè)細(xì)胞通過(guò)在電極外施加負(fù)壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接，打破露在玻璃電極前列開(kāi)口外的細(xì)胞膜就形成了全細(xì)胞記錄模式。德國(guó)Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術(shù)，其通量比較高為6，即一次可同時(shí)記錄6個(gè)細(xì)胞。它的***特點(diǎn)是∶（1）仍然采用玻璃毛坯作為電極（2）藥物施加微量、快速。SealChip技術(shù);完全摒棄了玻璃電極，而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細(xì)胞懸液灌注在芯片上面，隨機(jī)下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動(dòng)負(fù)壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國(guó)Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)的典范，是離子通道藥物研發(fā)的**性工具，在國(guó)外實(shí)驗(yàn)室和制藥廠***用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量比較高為16，即一次可同時(shí)記錄16個(gè)細(xì)胞同時(shí)，其藥物施加微量、快速，不僅用于藥物篩選，還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。

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(kāi)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(kāi)放活動(dòng)是持續(xù)開(kāi)放，中間被閃動(dòng)樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開(kāi)放。有些通道開(kāi)放活動(dòng)是簇狀開(kāi)放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測(cè)量。

現(xiàn)在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個(gè)表面，由于細(xì)胞電信號(hào)在被電極記錄到后，直接進(jìn)入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信號(hào)，在很大程度上減少了環(huán)境及電路噪音對(duì)信號(hào)的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質(zhì)量且穩(wěn)定的電生理信號(hào)。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設(shè)備的大小只相當(dāng)于傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無(wú)需額外電源，連接和使用都極為簡(jiǎn)便。沒(méi)有了占地方的放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們的膜片鉗又進(jìn)一步減小了體積。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，增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。進(jìn)口細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)

維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性。膜片鉗技術(shù)

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低記錄噪聲，實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎(jiǎng)。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對(duì)鉀離子通透性時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動(dòng)很像是通過(guò)許多狹窄空洞的運(yùn)動(dòng)，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡(jiǎn)稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問(wèn)世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。膜片鉗技術(shù)

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