德國高通量全自動膜片鉗高阻抗封接

光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)整合了光學(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學(xué)院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué)，特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實(shí)驗(yàn)室使用，幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能，進(jìn)而為深刻認(rèn)識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。德國高通量全自動膜片鉗高阻抗封接

1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)電記錄，獲1963年Nobel獎1946年，凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極，并記錄了骨骼肌的電活動。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進(jìn)行了重命性的變化。Voltageclamp（電壓鉗技術(shù)）由Cole和Marmont發(fā)明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正開始了定量研究，建立了H一H模型（膜離子學(xué)說），是近代興奮學(xué)說的基石。1948年，Katz利用細(xì)胞內(nèi)微電極技術(shù)記錄到了終板電位;1969年，又證實(shí)N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放，獲1976年Nobel獎。1976年，德國的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp（膜片鉗）。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。進(jìn)口雙電極膜片鉗腦片脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成了細(xì)胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。

過去認(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，并且對神經(jīng)中樞內(nèi)突觸特有的傳遞機(jī)能的研究無法展開。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。

膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇，兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于：①膜電位固定的方法不同；②電位固定的細(xì)胞膜面積不同，進(jìn)而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過保持細(xì)胞跨膜電位不變，并迅速控制其數(shù)值，以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來研究整個(gè)細(xì)胞膜或一大塊細(xì)胞膜上所有離子通道活動。目前電壓鉗主要用于巨大細(xì)胞的全性能電流的研究，特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細(xì)胞內(nèi)插入兩個(gè)電極，對細(xì)胞損傷很大，在小細(xì)胞如元，就難以實(shí)現(xiàn)，又因細(xì)胞形態(tài)復(fù)雜，很難保持細(xì)胞膜各處生物特性的一致。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細(xì)胞，形成吉?dú)W姆（GΩ）阻抗。

膜片鉗技術(shù)實(shí)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(gè)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(shí)間不等的脈沖樣變化。他有兩個(gè)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(shí)，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）膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行，而且可同時(shí)在這兩個(gè)不同的部位作膜片鉗記錄。進(jìn)口可升級膜片鉗電生理工具

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(shí)上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離。德國高通量全自動膜片鉗高阻抗封接

80年代初發(fā)展起來的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學(xué)特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)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(jìn)一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認(rèn)識也不斷的更新，同時(shí)還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)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(gè)的離子通道分子活動的技術(shù)。它和基因克隆技術(shù)（genecloning）并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。德國高通量全自動膜片鉗高阻抗封接

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