膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

早在膜片钳诞生之前,20世纪50~60年代,Hodgkin与Hexley便发现并使用了电压钳技术,他们通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制,并因此获得了诺贝尔生理医学奖。这也为后来膜片钳的诞生奠定了基础。于1976年,德国马克斯普朗克生物物理化学研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌细胞上,用玻璃电极吸下了一小片细胞膜,记录导了皮安级的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。1980年,耶鲁大学医学院Sigworth等人在记录电极内增加了负压吸引,实现了10-100GΩ的高阻抗封接,使得单电极可以同时实现钳制电位和记录单通道电流。1991年,Neher与Sakmann因为对膜片钳技术的突出贡献获得了诺贝尔生理医学奖。膜片钳技术,在人类对生理学的探究中,无异于一条道路,通往了名为细胞电生理的国度。膜片钳技术也许某一天会被更便捷或更精确的技术取代,但其至今仍然是离子通道相关研究中使用蕞广的技术。微电极的制备膜片钳电极是用外径为1-2mm的毛细玻璃管拉制成的。全细胞膜片钳电压钳制

全细胞膜片钳电压钳制,膜片钳

钙成像技术被广泛应用于实时监测神经元、心肌以及多种细胞胞内钙离子的变化,从而检测神经元、心肌的活动情况。这些技术是人们观测神经以及多种细胞活动为直接的手段,现已发展为生命科学研究的热点,也是国家自然科学基金等鼓励申报的重要领域。光遗传学调控技术是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物技术。NatureMethods杂志将此技术评为"Methodoftheyear2010"[19];美国麻省理工学院科技评述(MITTechnologyReview,2010)在其总结性文章"Theyearinbiomedicine"中指出:光遗传学调控技术现已经迅速成为生命科学,特别是神经和心脏研究领域中热门的研究方向之一。目前这一技术正在被全球几百家从事心脏学、神经科学和神经工程研究的实验室使用,帮助科学家们深入理解大脑的功能,进而为深刻认识神经、精神疾病、心血管疾病的发病机理并研发针对疾病干预和的新技术。进口单电极膜片钳电生理工具细胞是动物和人体的基本组成单元,细胞与细胞内的通信,是依靠其膜上的离子通道进行的。

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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,以使微电极与细胞膜之间的相对运动尽可能小。防震工作台放置倒置显微镜和与之固定连接的微操纵器,其他设备置于台外。屏蔽罩由铜丝网制成,接地以防止周围环境的杂散电场对膜片钳放大器的探头电路的干扰。仪器设备架要靠近工作台,便于测量仪器与光学仪器配接。倒置显微镜是膜片钳实验系统的主要光学部件,它不仅具有较好的视觉效果,便于将玻璃电极与细胞的顶部接触,而且是借助移动物镜来实现聚焦,具有较好的机械稳定性。视频监视器主要是用来监视实验过程中的操作,特别是能将封接参数(如封接阻抗)与细胞的形态对应,以实现良好的封接。

高阻封接技术还明显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。影响电流记录分辨率的背景噪声除了来自于膜片钳放大器本身外,较主要还是信号源的热噪声。信号源如同一个简单的电阻,其热噪声为σn=4Kt△f/R式中σn为电流的均方差根,K为波尔兹曼常数,t为温度,△f为测量带宽,R为电阻值。可见,要得到低噪声的电流记录,信号源的内阻必需非常高。如在1kHz带宽,10%精度的条件下,记录1pA的电流,信号源内阻应为2GΩ以上。电压钳技术只能测量内阻通常达100kΩ~50MΩ的大细胞的电流,从而不能用常规的技术和制备达到所要求的分辨率。脂质层电导很低,由于双分子层的结构特点,形成了细胞的膜电容,通道蛋白开闭状况主要决定了膜电导的数值。

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    1937年,Hodgkin和Huxley在乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录,获1963年Nobel奖1946年,凌宁和Gerard创造拉制出前列直径小于1μm的玻璃微电极,并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。Voltageclamp(电压钳技术)由Cole和Marmont发明,并很快由Hodgkin和Huxley完善,真正开始了定量研究,建立了H一H模型(膜离子学说),是近代兴奋学说的基石。1948年,Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年,又证实N—M接触后的Ach以"量子式"释放,获1976年Nobel奖。1976年,德国的Neher和Sakmann发明PatchClamp(膜片钳)。并在蛙横纹肌终板部位记录到乙酰胆碱引起的通道电流。 由于膜片钳检测的是PA级的微电流信号,因此需要特殊的放大器及模数转换器。芬兰全细胞膜片钳专题

借助膜片钳技术,开启细胞膜离子通道的高精度研究之旅!全细胞膜片钳电压钳制

全细胞记录构型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后,继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂,电极胞内液直接相通,而与浴槽液绝缘,这种形式称为“全细胞”记录。它既可记录膜电位又可记录膜电流。其中膜电位可在电流钳情况下记录,或将玻管连到标准高阻微电极放大器上记录。在电压钳条件下记录到的大细胞全细胞电流可达nA级,全细胞钳的串联电阻(玻管和细胞内部之间的电阻)应当补偿。任何流经膜的电流均流经这一电阻,所引起的电压降将使玻管电压不同于细胞内的真正电位。电流愈大,愈需对串联电阻进行补偿。全细胞钳应注意细胞必需合理的小到其电流能被放大器测到的范围(25~50nA)。减少串联电阻的方法是玻管尖要比单通道记录大。全细胞膜片钳电压钳制

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