芬蘭雙電極膜片鉗實驗操作

膜片鉗放大器的工作模式;（1）電壓鉗模式∶在鉗制細胞膜電位的基礎上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，記錄的是諸如通道電流;EPSC;IPSC等電流信號。是膜片鉗的基本工作模式.（2）屯流鉗素向細胞內注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應。記錄的是諸如動作電位，EPSP;IPSP等電壓信號。膜片鉗技術實現膜電位固定的關鍵是在玻璃微電極前列邊緣與細胞膜之間形成高阻（10GΩ）密封，使電極前列開口處相接的細胞膜片與周圍環(huán)境在電學上隔離，并通過外加命令電壓鉗制膜電位。在細胞膜的電學模型中，膜電容和膜電導構成了一個并聯回路。芬蘭雙電極膜片鉗實驗操作

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態(tài)下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，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年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發(fā)時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術美國全細胞膜片鉗離子通道Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術與RT-PCR技術結合起來運用。

鈣成像技術被廣泛應用于實時監(jiān)測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經以及多種細胞活動為直接的手段，現已發(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。光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發(fā)展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學，特別是神經和心臟研究領域中熱門的研究方向之一。目前這一技術正在被全球幾百家從事心臟學、神經科學和神經工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機理并研發(fā)針對疾病干預和的新技術。

膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區(qū)分離子通道的離子選擇性、同時可發(fā)現新的離子通道及亞型，并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上進一步計算出細胞膜上的通道數和開放概率，還可以用以研究某些胞內或胞外物質對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于離子通道分子結構與生物學功能關系的研究。利用膜片鉗技術還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術通過記錄煙堿誘發(fā)電流，可直觀地反映出神經元煙堿受體活動的全過程，包括受體與其激動劑和拮抗劑的親和力，離子通道開放、關閉的動力學特征及受體的失敏等活動。使用膜片鉗全細胞記錄技術觀察拮抗劑對煙堿受體激動劑量效曲線的影響，來確定其作用的動力學特征。然后根據分析拮抗劑對受體失敏的影響，拮抗劑的作用是否有電壓依賴性、使用依賴性等特點，可從功能上區(qū)分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點，即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點，離子通道抑或是其它的變構位點上。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。

全細胞記錄構型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后，繼續(xù)以負壓抽吸使電極管內細胞膜破裂，電極胞內液直接相通，而與浴槽液絕緣，這種形式稱為“全細胞”記錄。它既可記錄膜電位又可記錄膜電流。其中膜電位可在電流鉗情況下記錄，或將玻管連到標準高阻微電極放大器上記錄。在電壓鉗條件下記錄到的大細胞全細胞電流可達nA級，全細胞鉗的串聯電阻(玻管和細胞內部之間的電阻)應當補償。任何流經膜的電流均流經這一電阻，所引起的電壓降將使玻管電壓不同于細胞內的真正電位。電流愈大，愈需對串聯電阻進行補償。全細胞鉗應注意細胞必需合理的小到其電流能被放大器測到的范圍(25～50nA)。減少串聯電阻的方法是玻管尖要比單通道記錄大。封接（seal）是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。芬蘭雙電極膜片鉗實驗操作

膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。芬蘭雙電極膜片鉗實驗操作

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）。芬蘭雙電極膜片鉗實驗操作

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