无锡神经生物学脑定位膜片钳原理

膜片钳的技术原理：膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖锐端与细胞膜的高阻封接，在电极尖锐端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就表示单一离子通道电流。膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经科学是一具有重大意义的变革。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的（或多个）的离子通道分子活动的技术。此技术的出现自然将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起，同时又将神经科学的不同分野必然地融汇在一起，改变了既往各个分野互不联系、互不渗透，阻碍人们全部认识能力的弊端。膜片钳技术的应用范围：对单细胞形态与功能关系的研究。无锡神经生物学脑定位膜片钳原理

膜片钳实验的细胞膜型：一个完整的细胞膜电学模型包含几个基本组分：膜电容，膜电阻和膜电势。这三个电学组分形成的原因各不相同：1、膜电容（membranecapacitance,Cm）的形成是由于生物膜为磷脂双分子层，对离子和其他水溶性物质均不通透，遂使细胞膜成为了电的不良导体，进而导致细胞外液-磷脂双分子层-细胞内液构成了细胞膜电容。Cm的大小与细胞膜表面积成正比，与磷脂双分层的厚度成反比。膜电容在这里的作用，主要为完成细胞的充放电过程。2、膜电阻（membraneresistance,Rm）的形成是由于细胞膜上的蛋白质通道，也就是离子通道的存在。离子和小的极性分子只有通过通道才能进出细胞膜，因此膜电阻在这里的作用，主要就是控制离子的进出。3、膜电势（membranepotential,Vm）又称膜电位，源自膜内外离子浓度的差异，离子浓度的差异又源于细胞膜对离子的选择透过性。膜电位一般可分为静息电位、动作电位和等级电位（不懂的自己去查，此处不赘述）。膜电位的作用主要是维持神经元的兴奋性，并改变离子通道的状态。金华神经生物学电生理膜片钳应用膜片钳技术本质上也属于电压钳范畴。

膜片钳技术基本原理与特点：又由于玻璃微电极管径很小，其下膜面积光约1μm2，在这么小的面积上离子通道数量很少，一般只有一个或几个通道，经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少，可以忽略，也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略，那么，只要保持电极内电位不变，则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变，从而实现电位固定另外，高阻封接技术还很大降低了电流记录的背景噪声，从而戏剧性地提高了时间、空间及电流分辨率，如时间分辨率可达10μs、空间分辨率可达1平方微米及电流分辨率可达10-12A。记录单细胞电流和全细胞电流的基础上进一步计算出细胞膜上的通道数和开放概率。

膜片钳技术基本原理与特点：膜片钳技术本质上也属于电压钳范畴，两者的区别关键在于：①膜电位固定的方法不同；②电位固定的细胞膜面积不同，进而所研究的离子通道数目不同。电压钳技术主要是通过保持细胞跨膜电位不变，并迅速控制其数值，以观察在不同膜电位条件下膜电流情况。因此只能用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道活动。目前电压钳主要用于巨大细胞的全性能电流的研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥着其他技术不能替代的作用。该技术的主要缺陷是必须在细胞内插入两个电极，对细胞损伤很大，在小细胞如神经元，就难以实现，又因细胞形态复杂，很难保持细胞膜各处生物特性的一致。膜片钳技术的应用范围：对药物作用机制的研究。

膜片钳的应用：在心血管药理研究中的应用：随着膜片钳技术在心血管方面的普遍应用，对血管疾病和药物作用的认识不只得到了不断更新，而且在其病因学与药理学方面还形成了许多新的观点。正如诺贝尔基金会在颁奖时所说：“Neher和Sadmann的贡献有利于了解不同疾病机理，为研制新的更为有效的药物开辟了道路”。创新药物研究与高通量筛选：在离子通道高通量筛选中主要是进行样品量大、筛选速度占优势、信息量要求不太高的初级筛选。较近几年，分别形成了以膜片钳和荧光探针为基础的两大主流技术市场。将电生理研究信息量大、灵敏度高等特点与自动化、微量化技术相结合，产生了自动化膜片钳等一些新技术。全自动膜片钳系统技术指标：软件的功能全部，可按照操作者设定的参数方案自动执行实验。金华神经生物学电生理膜片钳应用

在大多数膜片钳实验，要求所有实验仪器及设备均具有良好的机械稳定性。无锡神经生物学脑定位膜片钳原理

全细胞膜片钳模式下有电压钳记录和电流钳记录两种。电压钳记录的原理与电压钳技术相似，但有所不同：首先，全细胞电压钳记录只使用单根电极，但在电学效果上同时实现了电压钳制和电流记录。其次，电压钳记录的电极不细胞，对细胞造成的损伤较小，因而能用于小细胞如神经元的研究。电流钳记录则是通过钳制电极电流来测量膜电位。电流钳在本质上也是电压钳位，它将差分放大器的输出电流与指令电流相比较，然后将这个差动输出施加到放大器前级的倒相端，通过高速反馈使得同相端的电压与其相等，无论电极电流是否为零，都能从输出电压得到膜电位的准确数值。无锡神经生物学脑定位膜片钳原理

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