美國(guó)細(xì)胞膜片鉗解決方案

膜片鉗放大器是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的主要，它可用來(lái)作單通道或全細(xì)胞記錄，其工作模式可以是電壓鉗，也可以是電流鉗。從原理來(lái)說(shuō)，膜片鉗放大器的探頭電路即I-V變換器有兩種基本結(jié)構(gòu)形式，即電阻反饋式和電容反饋式，前者是一種典型的結(jié)構(gòu)，后者因用反饋電容取代了反饋電阻，降低了噪聲，所以特別適合較低噪聲的單通道記錄。由于供膜片鉗實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)硬件及相應(yīng)的軟件程序的相繼出現(xiàn)，使得膜片鉗實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、效率提高。如與EPC-9型膜片鉗放大器（內(nèi)含ITC-16數(shù)據(jù)采集/接口卡）配套使用的軟件PULSE/PULSEFIT，它既可產(chǎn)生刺激波形，控制數(shù)據(jù)采集，又可分析數(shù)據(jù)，同時(shí)具有用于膜電容監(jiān)測(cè)的鎖相放大器，多種軟件功能集成于一體。離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個(gè)膜結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道。美國(guó)細(xì)胞膜片鉗解決方案

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(mén)控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡(jiǎn)稱(chēng)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(shū)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)。日本雙分子層膜片鉗價(jià)格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。

過(guò)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(kāi)。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(shù)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。

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級(jí)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(guó)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(kāi)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(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來(lái)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)。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(guò)負(fù)壓吸引封接起來(lái)。

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(chēng)為C-slow和C-series;Axopatch200標(biāo)為全細(xì)胞電容和系列電阻）。寫(xiě)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(xiě)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。對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來(lái)間接反映離子通道功能。美國(guó)雙分子層膜片鉗報(bào)價(jià)

這是一種以記錄通過(guò)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)。美國(guó)細(xì)胞膜片鉗解決方案

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，較主要還是信號(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(jiàn)，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。美國(guó)細(xì)胞膜片鉗解決方案

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