芬蘭單通道膜片鉗離子通道

膜片鉗放大器的工作模式；(1)電壓鉗制模式:在鉗制細胞膜電位的基礎(chǔ)上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，如通道電流；EPSC；IPSC等電流信號它是膜片鉗的基本工作模式。(2)屯留鉗向細胞注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的響應(yīng)。記錄的是動作電位，EPSP；IPSP等電壓信號膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)膜電位固定的關(guān)鍵是在玻璃微電極前沿與細胞膜之間形成高阻(10GΩ)密封，使與電極前開口相連的細胞膜與周圍環(huán)境電隔離，通過施加指令電壓來鉗制膜電位。膜片鉗技術(shù)的建立，對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

電壓鉗的缺點:目前電壓鉗技術(shù)主要用于研究巨火細胞的全細胞電流，特別是在分子克隆卵母細胞表達電流的鑒定中，發(fā)揮著不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱點:1。微電極需要刺穿細胞膜進入細胞，導(dǎo)致細胞質(zhì)丟失，破壞細胞生理功能的完整性；2、不能確定單通道電流。由于電壓鉗位薄膜面積大，包含大量隨機開關(guān)的通道，背景噪聲大，往往會掩蓋單通道的電流。3.在小細胞(如直徑10-30μm的哺乳動物細胞)上進行電壓鉗實驗，技術(shù)難度更大。因為電極需要插入到細胞中，所以微電極的前端必須做得非常薄。如此薄的前端導(dǎo)致電極阻抗較大，往往為60~-80mω或120~150MΩ(視灌注液不同而定)。如此大的電極阻抗，不利于用細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時，短時間(0.1μs)內(nèi)將電流注入細胞，從而達到鉗制膜電壓或膜電流的目的。此外，插在小電池上的兩個電極會產(chǎn)生電容并降低電壓測量電極的反應(yīng)能力。單通道膜片鉗電流鉗制了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實際意義。

一、記錄設(shè)備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設(shè)備是實驗前的重要步驟，如用模型細胞測定電子設(shè)備、安裝并測試應(yīng)用軟件、調(diào)節(jié)光學(xué)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(yīng)選管壁較薄（0.16mm）的毛細玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術(shù)封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)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。

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)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(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。膜片鉗記錄技術(shù)與較早的單電極電壓鉗位相比進步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面。

Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)、將一定密度的細胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極前列的單個細胞通過在電極外施加負壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接，打破露在玻璃電極前列開口外的細胞膜就形成了全細胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術(shù)，其通量比較高為6，即一次可同時記錄6個細胞。它的***特點是∶（1）仍然采用玻璃毛坯作為電極（2）藥物施加微量、快速。SealChip技術(shù);完全摒棄了玻璃電極，而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細胞懸液灌注在芯片上面，隨機下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細胞膜形成全細胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術(shù)的典范，是離子通道藥物研發(fā)的**性工具，在國外實驗室和制藥廠***用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量比較高為16，即一次可同時記錄16個細胞同時，其藥物施加微量、快速，不僅用于藥物篩選，還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測鈣技術(shù)結(jié)合。芬蘭可升級膜片鉗價格

膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調(diào)至零位，這種電位差是由于電極內(nèi)填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調(diào)整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋"轉(zhuǎn)到"電壓鉗"時細胞不至于鉗位到零。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

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