進(jìn)口高通量全自動(dòng)膜片鉗細(xì)胞功能特性

細(xì)胞是動(dòng)物和人體的基本組成單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的，離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測(cè)量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科———電生理學(xué)（electrophysiology），即是用電生理的方法來(lái)記錄和分析細(xì)胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。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?，F(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測(cè)與碳纖電極電化學(xué)檢測(cè)聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。進(jìn)口高通量全自動(dòng)膜片鉗細(xì)胞功能特性

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。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應(yīng)用到生物膜上，提出了“膜學(xué)說(shuō)”。他認(rèn)為在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜只對(duì)鉀離子具有通透性；而當(dāng)細(xì)胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過(guò)。Cole等人在1939年進(jìn)行的高頻交變電流測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)動(dòng)作電位被觸發(fā)時(shí)，雖然細(xì)胞的膜電導(dǎo)大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個(gè)事實(shí)表明膜學(xué)說(shuō)所宣稱的膜破裂的觀點(diǎn)是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術(shù)美國(guó)單電極膜片鉗多少錢全細(xì)胞膜片鉗記錄是應(yīng)用較早，也是普遍的鉗位技術(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)。

1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)電記錄，獲1963年Nobel獎(jiǎng)1946年，凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極，并記錄了骨骼肌的電活動(dòng)。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進(jìn)行了重命性的變化。Voltageclamp（電壓鉗技術(shù)）由Cole和Marmont發(fā)明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正開始了定量研究，建立了H一H模型（膜離子學(xué)說(shuō)），是近代興奮學(xué)說(shuō)的基石。1948年，Katz利用細(xì)胞內(nèi)微電極技術(shù)記錄到了終板電位;1969年，又證實(shí)N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放，獲1976年Nobel獎(jiǎng)。1976年，德國(guó)的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp（膜片鉗）。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。在細(xì)胞膜的電興奮過(guò)程中，脂質(zhì)層膜電容的反應(yīng)是被動(dòng)的，其電流電壓曲線是線性的。

不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理如PopulationPatchClamp技術(shù)∶同SealChip技術(shù)一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個(gè)小室，每個(gè)小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時(shí)，每個(gè)小室中封接成功的細(xì)胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細(xì)胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數(shù)很小。美國(guó)Axon（MDS）公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動(dòng)高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標(biāo)準(zhǔn)在膜電位改變時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)有電荷移動(dòng)，稱為門控電流。進(jìn)口多通道膜片鉗電生理工具

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。進(jìn)口高通量全自動(dòng)膜片鉗細(xì)胞功能特性

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。可見，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。進(jìn)口高通量全自動(dòng)膜片鉗細(xì)胞功能特性

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