膜片鉗專題

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理如PopulationPatchClamp技術∶同SealChip技術一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細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Axon（MDS）公司采用這一技術研發(fā)出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標準而由通道蛋白介導的膜電導構成了膜反應的主動成分，它的電流電壓關系是非線性的。膜片鉗專題

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應的通道跨膜擴散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態(tài)下，對相應離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關閉狀態(tài)，而且只有在經(jīng)過一個額外刺激使通道從失活關閉狀態(tài)進入靜息關閉狀態(tài)后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細胞生物電現(xiàn)象，與細胞興奮性相關。2.神經(jīng)遞質的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關，某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結果，稱為離子通道?。╥onchannelpathies）。德國膜片鉗專題膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。

一、記錄設備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設備是實驗前的重要步驟，如用模型細胞測定電子設備、安裝并測試應用軟件、調節(jié)光學顯微鏡、檢驗防震工作臺等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。標準的毛細玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細胞記錄則應選管壁較?。?.16mm）的毛細玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術封接（seal）是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細胞膜電信號的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細胞，細胞的大小也是成功記錄的個因素，一般選擇10-20um的細胞比較理想。

離子通道結構研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結構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構，在這方面，美國的二位科學家彼得·阿格雷和羅德里克麥金農做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結構，二位因此獲得2003年諾貝系化學獎。有關離子通道結構不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學>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：電壓鉗技術（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術?，F(xiàn)代膜片鉗技術是在電壓鉗技術的基礎上發(fā)展起來的。

膜片鉗放大器的工作模式;（1）電壓鉗模式∶在鉗制細胞膜電位的基礎上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，記錄的是諸如通道電流;EPSC;IPSC等電流信號。是膜片鉗的基本工作模式.（2）屯流鉗素向細胞內注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應。記錄的是諸如動作電位，EPSP;IPSP等電壓信號。膜片鉗技術實現(xiàn)膜電位固定的關鍵是在玻璃微電極前列邊緣與細胞膜之間形成高阻（10GΩ）密封，使電極前列開口處相接的細胞膜片與周圍環(huán)境在電學上隔離，并通過外加命令電壓鉗制膜電位。脂質層電導很低，由于雙分子層的結構特點，形成了細胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導的數(shù)值。美國多通道膜片鉗報價

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理也不完全相同。膜片鉗專題

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內施加負壓吸引，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的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學/生理學獎。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術榮獲諾貝爾醫(yī)學/生理學獎。膜片鉗專題

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