美國高通量全自動膜片鉗

膜片鉗技術發(fā)展至今，已經(jīng)成為現(xiàn)代細胞電生理的常規(guī)方法，它不僅可以作為基礎生物醫(yī)學研究的工具，而且直接或間接為臨床醫(yī)學研究服務。目前膜片鉗技術廣泛應用于神經(jīng)（腦）科學、心血管科學、藥理學、細胞生物學、病理生理學、中醫(yī)藥學、植物細胞生理學、運動生理等多學科領域研究。隨著全自動膜片鉗技術（Automaticpatchclamptechnology）的出現(xiàn)，膜片鉗技術因其具有的自動化、高通量特性，在藥物研發(fā)、藥物篩選中顯示了強勁的生命力。離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。美國高通量全自動膜片鉗

膜片鉗技術∶從一小片（約幾平方微米）膜獲取電子學方面信息的技術，即保持跨膜電壓恒定——電壓鉗位，從而測量通過膜離子電流大小的技術。通過研究離子通道的離子流，從而了解離子運輸、信號傳遞等信息?；驹恚豪秘摲答侂娮泳€路，將微電極前列所吸附的一個至幾個平方微米的細胞膜的電位固定在一定水平上，對通過通道的微小離子電流作動態(tài)或靜態(tài)觀察，從而研究其功能。研究離子通道的一種電生理技術，是施加負壓將玻璃微電極的前列（開口直徑約1μm）與細胞膜緊密接觸，形成高阻抗封接，可以精確記錄離子通道微小電流。能制備成細胞貼附、內(nèi)面朝外和外面朝內(nèi)三種單通道記錄方式，以及另一種記錄多通道的全細胞方式。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。進口全細胞膜片鉗電生理技術微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。

Flip-Tip翻轉技術、將一定密度的細胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極前列的單個細胞通過在電極外施加負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口外的細胞膜就形成了全細胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術，其通量比較高為6，即一次可同時記錄6個細胞。它的***特點是∶（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;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胞懸液灌注在芯片上面，隨機下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細胞膜形成全細胞記錄模式。采用這一技術的美國Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術的典范，是離子通道藥物研發(fā)的**性工具，在國外實驗室和制藥廠***用于hERG通道藥理學的研究。其通量比較高為16，即一次可同時記錄16個細胞同時，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研究。

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。Neher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。

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啟動的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)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。膜片鉗技術實現(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。德國細胞膜片鉗參數(shù)

一些學者建立了組織切片膜片鉗技術（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。美國高通量全自動膜片鉗

高阻封接技術還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應為2GΩ以上。電壓鉗技術只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術和制備達到所要求的分辨率。美國高通量全自動膜片鉗

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