美國全自動膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術(shù)與Fura2熒光測鈣技術(shù)結(jié)合，同時進(jìn)行如細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度、細(xì)胞膜離子通道電流及細(xì)胞膜電容等多指標(biāo)變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進(jìn)而可分析這些變化間的相互關(guān)系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術(shù)，進(jìn)而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關(guān)系及比較大分泌率等指標(biāo)。他又創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。之后又將光電聯(lián)合檢測技術(shù)與碳纖電極電化學(xué)檢測技術(shù)首先結(jié)合起來。這種結(jié)合既能研究分泌機(jī)制，又能鑒別分泌物質(zhì)，還能互相彌補(bǔ)各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)結(jié)合起來運(yùn)用，可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果作出分子水平的解釋，從此開始了膜片鉗與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的時代∶基因重組技術(shù)，膜通道蛋白重建技術(shù)。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。美國全自動膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一項技術(shù)，1976年由國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發(fā)明，從而在活細(xì)胞上記錄到單個離子通道的電流。近半個世紀(jì)來，膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域較常用也是較實用的技術(shù)之一，具有極大的精確性和靈活性，能夠揭示離子通道，單細(xì)胞突觸反應(yīng)，及神經(jīng)環(huán)路連接等多層次的電生理特性。做過膜片鉗的人都知道，膜片鉗的信號采集設(shè)備一般由前置放大器，放大器，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，神經(jīng)元電信號先通過前置放大器（headstage）初步放大，后傳輸入放大器進(jìn)一步放大，再傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，后被計算機(jī)采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個信號傳輸路徑。日本全自動膜片鉗研究膜片鉗技術(shù)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。

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個離子通道、面積為幾個平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來（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，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強(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反映細(xì)胞膜單一的（或多個的離子通道分子活動的技術(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，改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認(rèn)識能力的弊端。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)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。

膜片鉗技術(shù)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(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進(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)時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導(dǎo)水平，即O和1，分別對應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時，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階，從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放，中間被閃動樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。

膜片鉗技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)成為現(xiàn)代細(xì)胞電生理的常規(guī)方法，它不僅可以作為基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究的工具，而且直接或間接為臨床醫(yī)學(xué)研究服務(wù)。目前膜片鉗技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)（腦）科學(xué)、心血管科學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、病理生理學(xué)、中醫(yī)藥學(xué)、植物細(xì)胞生理學(xué)、運(yùn)動生理等多學(xué)科領(lǐng)域研究。隨著全自動膜片鉗技術(shù)（Automaticpatchclamptechnology）的出現(xiàn)，膜片鉗技術(shù)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(qiáng)勁的生命力。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上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離。美國全自動膜片鉗電壓鉗制

對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能。美國全自動膜片鉗電壓鉗制

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu)，在這方面，美國的二位科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu)，二位因此獲得2003年諾貝系化學(xué)獎。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術(shù)：電壓鉗技術(shù)（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術(shù)。美國全自動膜片鉗電壓鉗制

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