芬蘭單電極膜片鉗

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、安裝并測試應用軟件、調(diào)節(jié)光學顯微鏡、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，而全細胞記錄則應選管壁較?。?.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。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。芬蘭單電極膜片鉗

高阻封接技術(shù)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?，要得到低噪聲的電流記錄，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(shù)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(shù)和制備達到所要求的分辨率。美國可升級膜片鉗系統(tǒng)一些學者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。

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(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/生理學獎。

電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細胞內(nèi)，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(xiàn)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(jīng)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）。膜片鉗80%的工夫在于刺備細胞。

 膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇，兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于：①膜電位固定的方法不同；②電位固定的細胞膜面積不同，進而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過保持細胞跨膜電位不變，并迅速控制其數(shù)值，以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來研究整個細胞膜或一大塊細胞膜上所有離子通道活動。目前電壓鉗主要用于巨大細胞的全性能電流的研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細胞內(nèi)插入兩個電極，對細胞損傷很大，在小細胞如元，就難以實現(xiàn)，又因細胞形態(tài)復雜，很難保持細胞膜各處生物特性的一致。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胞膜通過負壓吸引封接起來。進口單通道膜片鉗技術(shù)

電壓鉗技術(shù)的主要在于將膜電位固定在指令電壓的水平，這樣才能研究在給定膜電位下膜電流隨時間的變化關(guān)系。芬蘭單電極膜片鉗

內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在將微管電極輕輕提起，使其與細胞分離，電極端形成密封小泡，在空氣中短暫暴露幾秒鐘后，小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片。此時膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位，膜電位等于玻管電位的負值。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的，則輸出將與膜電流(Im)的負值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，繼續(xù)以負壓抽吸，膜片破裂再將玻管慢慢地從細胞表面垂直地提起，斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層，此時高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應測膜片電阻，并消除漏電流和電容電流。整個過程要當心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平，膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的，放大器的輸出將與Im值相等。芬蘭單電極膜片鉗

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