全自動膜片鉗電壓鉗制

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）在細(xì)胞膜的電學(xué)模型中，膜電容和膜電導(dǎo)構(gòu)成了一個并聯(lián)回路。全自動膜片鉗電壓鉗制

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。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對鉀離子通透性時發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運動很像是通過許多狹窄空洞的運動，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。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。日本雙分子層膜片鉗電生理工具膜片鉗技術(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。

全細(xì)胞膜片鉗記錄（whole-cellpatch-clamprecording）是應(yīng)用*早，也是*廣的鉗位技術(shù)，它相當(dāng)于連續(xù)的單電極電壓鉗位記錄，也就是說全細(xì)胞記錄類似于傳統(tǒng)的細(xì)胞內(nèi)記錄，但它具有更大的優(yōu)越性，如高分辨率、低噪聲、極好的穩(wěn)定性以及能控制細(xì)胞內(nèi)的成分等。全細(xì)胞記錄技采測定的是一個細(xì)胞內(nèi)全部**通道的電流，記錄過程中電極的溶液取代了原細(xì)胞質(zhì)的成分。雖然膜片鉗記錄技術(shù)與*初的單電極電壓鉗位相比進(jìn)步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面，細(xì)胞或腦片的組織選擇及實驗溶液的制備仍然是很重要的步驟。

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)。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。

電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨火細(xì)胞的全細(xì)胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，以致造成細(xì)胞漿流失，破壞了細(xì)胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機(jī)開放和關(guān)閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細(xì)胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進(jìn)行電壓鉗實驗，技術(shù)上有更大的困難。由于電極需插入細(xì)胞，不得不將微電極的前列做得很細(xì)，如此細(xì)的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）。這樣大的電極阻抗不利于作細(xì)胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間（0.1μs）內(nèi)向細(xì)胞內(nèi)注入電流，達(dá)到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細(xì)胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應(yīng)能力。膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成。日本腦片膜片鉗專題

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。全自動膜片鉗電壓鉗制

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?xì)胞記錄也可以做單通道記錄，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(jìn)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。全自動膜片鉗電壓鉗制

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