德國(guó)單電極膜片鉗電生理工具

1976年德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-sea1），降低了記錄時(shí)的噪聲1981年Hamill和Neher等引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。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，使得與電極前列開(kāi)口處相接的細(xì)胞膜的膜片與周圍在電學(xué)上絕緣，在此基礎(chǔ)上固定電位，對(duì)此膜片上的離子通道的離子電流（pA級(jí)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄的方法。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的"金標(biāo)準(zhǔn)"。德國(guó)單電極膜片鉗電生理工具

電壓鉗技術(shù)，是20世紀(jì)初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設(shè)計(jì)的主要目的是為了證明動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰電位是由于膜對(duì)鈉的通透性發(fā)生了一過(guò)性的增大過(guò)程。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有直接測(cè)定膜通透性的方法，于是就用膜對(duì)某種離子的電導(dǎo)來(lái)**該種離子的通透性，膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜的Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過(guò)測(cè)量膜電流，再利用歐姆定律來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)時(shí)，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導(dǎo)的變化。這一條件是利用電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個(gè)世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過(guò)程中的膜電流的變化圖，他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動(dòng)作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對(duì)闡明動(dòng)作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻(xiàn)。細(xì)胞膜片鉗細(xì)胞功能特性封接是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。

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(píng)為"Methodoftheyear2010"[19]；美國(guó)麻省理工學(xué)院科技評(píng)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(shí)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(duì)疾病干預(yù)和的新技術(shù)。

1976年德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh啟動(dòng)的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時(shí)的噪聲實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)，從而使該技術(shù)更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時(shí)間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻(xiàn)，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測(cè)量。

對(duì)單細(xì)胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究，將膜片鉗技術(shù)與單細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)欠磻?yīng)技術(shù)結(jié)合，在全細(xì)胞膜片鉗記錄下，將單細(xì)胞內(nèi)容物或整個(gè)細(xì)胞（包括細(xì)胞膜）吸入電極中，將細(xì)胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴(kuò)增及待檢的特異mRNA的檢測(cè)，借此可對(duì)形態(tài)相似而電活動(dòng)不同的結(jié)果做出分子水平的解釋或?yàn)閱渭?xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供標(biāo)本，為同一結(jié)構(gòu)中形態(tài)非常相似但功能不同的事實(shí)提供分子水平的解釋。目前國(guó)際上掌握此技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室較少，我國(guó)北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所于1994年在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展。膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。進(jìn)口細(xì)胞膜片鉗腦片

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。德國(guó)單電極膜片鉗電生理工具

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，1976年由國(guó)馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發(fā)明，從而在活細(xì)胞上記錄到單個(gè)離子通道的電流。近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域較常用也是較實(shí)用的技術(shù)之一，具有極大的精確性和靈活性，能夠揭示離子通道，單細(xì)胞突觸反應(yīng)，及神經(jīng)環(huán)路連接等多層次的電生理特性。做過(guò)膜片鉗的人都知道，膜片鉗的信號(hào)采集設(shè)備一般由前置放大器，放大器，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，神經(jīng)元電信號(hào)先通過(guò)前置放大器（headstage）初步放大，后傳輸入放大器進(jìn)一步放大，再傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，后被計(jì)算機(jī)采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個(gè)信號(hào)傳輸路徑。德國(guó)單電極膜片鉗電生理工具