芬蘭腦片膜片鉗單細胞

電壓鉗技術(shù)，是20世紀初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設(shè)計的主要目的是為了證明動作電位的產(chǎn)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(qū)動力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)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(shù)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(shù)對闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻。膜片鉗記錄技術(shù)與較早的單電極電壓鉗位相比進步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面。芬蘭腦片膜片鉗單細胞

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-sea1），降低了記錄時的噪聲1981年Hamill和Neher等引進了膜片游離技術(shù)和全細胞記錄技術(shù)1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗，使得與電極前列開口處相接的細胞膜的膜片與周圍在電學上絕緣，在此基礎(chǔ)上固定電位，對此膜片上的離子通道的離子電流（pA級）進行監(jiān)測記錄的方法。全細胞膜片鉗電壓鉗制膜片鉗80%的工夫在于刺備細胞。

ePatch雖然設(shè)備非常小巧，但功能完備，傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備能做的實驗，用ePatch幾乎都能做。具有voltage-clamp，current-clamp，zero current-clamp三種模式，自動電極電壓飄移補償，C-fast-C-slow-R-series-P/N補償，Bridge balance補償?shù)裙δ堋？梢宰鋈毎涗浺部梢宰鰡瓮ǖ烙涗?，膜片鉗技術(shù)常做的離子通道電流，突觸后電流，動作電位檢測等實驗都能輕松實現(xiàn)。公司還為此開發(fā)了友好的控制和記錄軟件，筆者上手接觸了一下，發(fā)現(xiàn)跟AXON的軟件類似，并且程序編輯更為簡單易用。所記錄到的數(shù)據(jù)可以直接使用Clampfit進行分析，可以說對于使用過AXON設(shè)備的膜片鉗工作者來說，上手毫無難度。

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(shù)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(shù)和制備達到所要求的分辨率。維持細胞正常形態(tài)和功能完整性。

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設(shè)備均具有良好的機械穩(wěn)定性，以使微電極與細胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設(shè)備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設(shè)備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細胞的形態(tài)對應，以實現(xiàn)良好的封接。離子和離子通道是細胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。德國全細胞膜片鉗離子通道

膜電導測定的依據(jù)是電學中的歐姆定律。芬蘭腦片膜片鉗單細胞

高阻封接問題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。(1)細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)加熱拋光的微管電極置于清潔的細胞膜表面上，形成高阻封接，在細胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過微管電極對膜片進行電壓鉗制，分辨測量膜電流，稱為細胞貼附膜片。由于不破壞細胞的完整性，這種方式又稱為細胞膜上的膜片記錄。此時跨膜電位由玻管固定電位和細胞電位決定。因此，為測定膜片兩側(cè)的電位，需測定細胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細胞骨架及有關(guān)代謝過程是完整的，所受的干擾小。芬蘭腦片膜片鉗單細胞

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