美國全自動膜片鉗研究

在形成高阻抗封接后，記錄實驗結(jié)果之前，通常要根據(jù)實驗的要求進(jìn)行參數(shù)補償，以期獲得符合實際的結(jié)果。需要注意的是，應(yīng)恰當(dāng)設(shè)置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監(jiān)測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術(shù)要求高，要掌握有關(guān)技術(shù)和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實驗數(shù)據(jù)中，經(jīng)過處理和分析，得出有意義、有價值的結(jié)果和結(jié)論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內(nèi)、外液，如何選擇阻斷劑、激動劑，如何進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)采集等許多更為復(fù)雜的問題，還需在科研實踐中不斷地探索和解決。在細(xì)胞膜的電學(xué)模型中，膜電容和膜電導(dǎo)構(gòu)成了一個并聯(lián)回路。美國全自動膜片鉗研究

膜片鉗技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術(shù)與Fura2熒光測鈣技術(shù)結(jié)合，同時進(jìn)行如細(xì)胞內(nèi)熒光強度、細(xì)胞膜離子通道電流及細(xì)胞膜電容等多指標(biāo)變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進(jìn)而可分析這些變化間的相互關(guān)系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術(shù)，進(jìn)而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關(guān)系及比較大分泌率等指標(biāo)。他又創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運用的技術(shù)。之后又將光電聯(lián)合檢測技術(shù)與碳纖電極電化學(xué)檢測技術(shù)首先結(jié)合起來。這種結(jié)合既能研究分泌機制，又能鑒別分泌物質(zhì)，還能互相彌補各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)結(jié)合起來運用，可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果作出分子水平的解釋，從此開始了膜片鉗與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的時代∶基因重組技術(shù)，膜通道蛋白重建技術(shù)。日本多通道膜片鉗解決方案早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細(xì)胞內(nèi)電活動的記錄。

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀(jì)30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應(yīng)用到生物膜上，提出了“膜學(xué)說”。他認(rèn)為在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜只對鉀離子具有通透性；而當(dāng)細(xì)胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進(jìn)行的高頻交變電流測量實驗表明，當(dāng)動作電位被觸發(fā)時，雖然細(xì)胞的膜電導(dǎo)大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學(xué)說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術(shù)

鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)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(shù)是人們觀測神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點，也是國家自然科學(xué)基金等鼓勵申報的重要領(lǐng)域。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)工程研究的實驗室使用，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)病機理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。由于膜片鉗檢測的是PA級的微電流信號，因此需要特殊的放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設(shè)備均具有良好的機械穩(wěn)定性，以使微電極與細(xì)胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設(shè)備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設(shè)備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學(xué)儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學(xué)部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細(xì)胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細(xì)胞的形態(tài)對應(yīng)，以實現(xiàn)良好的封接。全細(xì)胞膜片鉗記錄是應(yīng)用較早，也是普遍的鉗位技術(shù)。德國單通道膜片鉗技術(shù)

膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的"金標(biāo)準(zhǔn)"。美國全自動膜片鉗研究

膜片鉗技術(shù)原理：膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來（見右圖），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上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進(jìn)玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強度，就單一離子通道電流膜片鉗技術(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。這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（或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，同時又將神經(jīng)科學(xué)的不同分野必然地融匯在一起，改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認(rèn)識能力的弊端。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。美國全自動膜片鉗研究

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