進口高通量全自動膜片鉗細胞功能特性

細胞是動物和人體的基本組成單元，細胞與細胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科———電生理學（electrophysiology），即是用電生理的方法來記錄和分析細胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術作細胞內(nèi)電活動的記錄?，F(xiàn)代膜片鉗技術是在電壓鉗技術的基礎上發(fā)展起來的。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學檢測聯(lián)合運用的技術。進口高通量全自動膜片鉗細胞功能特性

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）技術美國單電極膜片鉗多少錢全細胞膜片鉗記錄是應用較早，也是普遍的鉗位技術。

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的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學/生理學獎。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術榮獲諾貝爾醫(yī)學/生理學獎。

1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(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。玻璃微電極的應用使的電生理研究進行了重命性的變化。Voltageclamp（電壓鉗技術）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（膜離子學說），是近代興奮學說的基石。1948年，Katz利用細胞內(nèi)微電極技術記錄到了終板電位;1969年，又證實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。在細胞膜的電興奮過程中，脂質(zhì)層膜電容的反應是被動的，其電流電壓曲線是線性的。

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理如PopulationPatchClamp技術∶同SealChip技術一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數(shù)很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術研發(fā)出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標準在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。進口多通道膜片鉗電生理工具

膜片鉗技術實現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成。進口高通量全自動膜片鉗細胞功能特性

高阻封接技術還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢姡玫降驮肼暤碾娏饔涗?，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應為2GΩ以上。電壓鉗技術只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術和制備達到所要求的分辨率。進口高通量全自動膜片鉗細胞功能特性

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