進口雙分子層膜片鉗電生理工具

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(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。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學檢測聯(lián)合運用的技術。進口雙分子層膜片鉗電生理工具

膜片鉗技術是1976年由諾貝爾獎得主Neher和Sakmann發(fā)展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用將細胞水平和分子水平的生理學研究聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代細胞電生理研究的常規(guī)方法，廣泛應用于生物、生理、病理、藥理、神經(jīng)科學、植物和微生物等領域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術點燃了細胞和分子水平的生理學研究的**之火,與基因克隆技術(genecloning)并駕齊驅,給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。鈣成像技術被廣泛應用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經(jīng)以及多種細胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領域。芬蘭雙分子層膜片鉗技術神經(jīng)遞質的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶。

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科--電生理學。膜片鉗技術已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結合，引起蛋白構像的改變，導致通道的打開。

電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細胞內，一根電極用作記錄電極以記錄跨膜電位，用另一根電極作為電流注入電極，以固定膜電位。從而實現(xiàn)固定膜電位的同時記錄膜電流。電位記錄電極引導的膜電位（Vm）輸入電壓鉗放大器的負輸入端，而人為控制的指令電位（Vc）輸入正輸入端，放大器的正負輸入端子等電位，向正輸入端子施加指令電位（Vc）時，經(jīng)過短路負端子可使膜片等電較，即Vm=Vc，從而達到電位鉗制的目的，并可維持一定的時間。Vc的不同變化將導致Vm的變化，從而引起細胞膜上電壓依賴性離子通道的開放，通道開放引起的離子流反過來又引起Vm的變化，致使Vm≠Vc，Vc與Vm的任何差值都會導致放大器有電壓輸出，將相反極性的電流注入細胞，以使Vc=Vm，注入電流的大小與跨膜離子流相等，但方向相反。因而注入的電流被認為是標本興奮時的跨膜電流值（通道電流）。通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極的連接電位（junction potentials）調至零位。

80年代初發(fā)展起來的膜片鉗技術(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術的興起與應用，使人們不僅對生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認識也不斷的更新，同時還形成了許多病因學與藥理學方面的新觀點。膜片鉗技術是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術。它和基因克隆技術（genecloning）并架齊驅，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。全細胞膜片鉗記錄是應用較早，也是普遍的鉗位技術。芬蘭單通道膜片鉗離子電流

膜電導測定的依據(jù)是電學中的歐姆定律。進口雙分子層膜片鉗電生理工具

對電極持續(xù)施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時增益不宜設得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內液之間離子成分的差異造成了液結電位，故一般電極剛入水時測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設置為0mV，并調節(jié)“電極失調控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細胞，當電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內稍加負壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封接。一般當Rm達到100MΩ左右時，電極前列施加輕微負電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦，使電極超極化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。為證實GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外，電流波形仍呈平坦狀。進口雙分子層膜片鉗電生理工具

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