德國(guó)單電極膜片鉗研究

一、記錄設(shè)備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設(shè)備是實(shí)驗(yàn)前的重要步驟，如用模型細(xì)胞測(cè)定電子設(shè)備、安裝并測(cè)試應(yīng)用軟件、調(diào)節(jié)光學(xué)顯微鏡、檢驗(yàn)防震工作臺(tái)等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細(xì)胞記錄則應(yīng)選管壁較?。?.16mm）的毛細(xì)玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術(shù)封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細(xì)胞膜電信號(hào)的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進(jìn)行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當(dāng)?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細(xì)胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細(xì)胞，細(xì)胞的大小也是成功記錄的個(gè)因素，一般選擇10-20um的細(xì)胞比較理想。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。德國(guó)單電極膜片鉗研究

過去認(rèn)為，膜片鉗只能在培養(yǎng)細(xì)胞或酶解的細(xì)胞上進(jìn)行，這樣得到的細(xì)胞膜表面比較光滑，才能夠形成高阻封接，但缺點(diǎn)是組織的正常三維結(jié)構(gòu)被破壞，并且對(duì)神經(jīng)中樞內(nèi)突觸特有的傳遞機(jī)能的研究無(wú)法展開。于是，一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動(dòng)物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。1992年，在腦片膜片鉗技術(shù)上，美國(guó)Ferster實(shí)驗(yàn)室報(bào)道在在體貓的視皮層用膜片鉗全細(xì)胞記錄研究了視刺激誘發(fā)的興奮性和***性突觸后電位相互影響及節(jié)律性膜電位的變化規(guī)律。1993年，德國(guó)的Dodt和Sakmann合作，利用紅外電視顯微鏡監(jiān)視，使得膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行，而且可同時(shí)在這兩個(gè)不同的部位作膜片鉗記錄。美國(guó)單電極膜片鉗離子通道早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細(xì)胞內(nèi)電活動(dòng)的記錄。

把膜電位鉗位電壓調(diào)到-80--100mV，再用鉗位放大器的控制鍵把全細(xì)胞瞬態(tài)充電電流調(diào)定至零位（EPC-10的控制鍵稱為C-slow和C-series;Axopatch200標(biāo)為全細(xì)胞電容和系列電阻）。寫下細(xì)胞的電容值Cc和未補(bǔ)整的系列電阻值Rs，用于消除全細(xì)胞瞬態(tài)電流，計(jì)算鉗位的固定時(shí)間（即RsCc），然啟根據(jù)歐姆定律從測(cè)定脈沖電流的振幅算出細(xì)胞的電阻RC。緩慢調(diào)節(jié)Rs旋鈕注意測(cè)定脈沖反應(yīng)的變化，逐漸增加補(bǔ)整的比例。如果RS補(bǔ)整非常接近振蕩的閾值，RS或Cc的微細(xì)變化都會(huì)達(dá)到震蕩的閾值，產(chǎn)生電壓的振蕩而使細(xì)胞受損。因此應(yīng)當(dāng)在RS補(bǔ)整水平寫不穩(wěn)定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準(zhǔn)備資料收集和脈沖序列的測(cè)定。

內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在將微管電極輕輕提起，使其與細(xì)胞分離，電極端形成密封小泡，在空氣中短暫暴露幾秒鐘后，小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片。此時(shí)膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位，膜電位等于玻管電位的負(fù)值。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的，則輸出將與膜電流(Im)的負(fù)值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，繼續(xù)以負(fù)壓抽吸，膜片破裂再將玻管慢慢地從細(xì)胞表面垂直地提起，斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層，此時(shí)高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應(yīng)測(cè)膜片電阻，并消除漏電流和電容電流。整個(gè)過程要當(dāng)心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平，膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的，放大器的輸出將與Im值相等。膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行，而且可同時(shí)在這兩個(gè)不同的部位作膜片鉗記錄。

高阻封接技術(shù)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(shí)間、空間及電流分辨率，如時(shí)間分辨率可達(dá)10μs、空間分辨率可達(dá)1平方微米及電流分辨率可達(dá)10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來(lái)自于膜片鉗放大器本身外，主要還是信號(hào)源的熱噪聲。信號(hào)源如同一個(gè)簡(jiǎn)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(cè)量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號(hào)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(hào)源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測(cè)量?jī)?nèi)阻通常達(dá)100kΩ～50MΩ的大細(xì)胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達(dá)到所要求的分辨率。離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀(jì)30—50年代的開創(chuàng)性研究。芬蘭可升級(jí)膜片鉗參數(shù)

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(lái)運(yùn)用。德國(guó)單電極膜片鉗研究

膜片鉗技術(shù)原理：膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個(gè)離子通道、面積為幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來(lái)（見右圖），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，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進(jìn)玻璃吸管，用一個(gè)極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測(cè)量此電流強(qiáng)度，就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立，對(duì)生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)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(lái)反映細(xì)胞膜單一的（或多個(gè)的離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，同時(shí)又將神經(jīng)科學(xué)的不同分野必然地融匯在一起，改變了既往各個(gè)分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認(rèn)識(shí)能力的弊端。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來(lái)了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。德國(guó)單電極膜片鉗研究

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