膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路,将微电极前列所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上,对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察,从而研究其功能。膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极前列边缘与细胞膜之间形成高阻密封,其阻抗数值可达10~100GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。由于此阻值如此之高,故基本上可看成绝缘,其上之电流可看成零,形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。此密封不仅电学上近乎绝缘,在机械上也是较牢固的。又由于玻璃微电极前列管径很小,其下膜面积只约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。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得实验结果,专业团队,7*28小时随时人工在线咨询.借助膜片钳技术,开启细胞膜离子通道的高精度研究之旅!进口细胞膜片钳电生理工具
向电极连续施加1mV、10~50ms的阶跃脉冲,电极入水后电阻约为4~6mΩ。此时,在计算机屏幕显示框中可以看到测试脉冲产生的电流波形。刚开始的时候增益不要设置太高,一般可以是1~5mV/PA,避免放大器饱和。由于细胞外液和电极液离子组成的差异导致液体接界电位,电极刚入水时测试波形的基线不在零线上。因此,需要将保持电压设置为0mV,并调整“电极不平衡控制”,使电极DC电流接近于零。当使用微操作器使电极靠近细胞时,当电极前缘接触细胞膜时,密封电阻指标Rm会上升,当电极轻微下压时,Rm指标会进一步上升。当通过细塑料管对电极施加轻微负压,且细胞膜特性良好时,Rm一般会在1min内迅速上升,直至形成Gω级高阻密封。一般在Rm达到100MΩ左右时,在电极前端施加一个轻微的负电压(-30~-30~-10mV),有利于gω密封的形成。此时的现象是电流波形再次变平,使电极从-40到-90mV超极化,有助于加速形成密封。为了确认gωseal的形成,可以提高放大器的增益,因此可以观察到除了脉冲电压开始和结束时的容性脉冲超前电流外,电流波形仍然是平坦的。芬兰单电极膜片钳单细胞不同的全自动膜片钳技术所采用的原理也不完全相同。
膜片钳技术的创立取代了电压钳技术,是细胞电生理研究的一个飞跃,使得离子通道的研究,从宏观深入到微观,使昔日的“肉汤生理学(brothphysiology)”与“闪电生理学(lightningphysiology)”在分子水平上结合起来,使人们对膜通道的认识耳目一新。当前,生理学、生物物理学、生物化学、分子生物学和药理学等多种学科正在把膜片钳技术和膜通道蛋白重组技术、同位素示踪技术和光谱技术等非电生理技术结合起来,协同对离子通道进行较全的研究。不少实验室已经将基因工程与膜片钳技术结合起来,把通道蛋白有目的地重组于人工膜中进行研究。设想将合成的通道蛋白分子接种入机体以替换有缺陷和异常的通道的功能而达到的目的。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得实验结果,专业团队,7*53小时随时人工在线咨询.
全细胞膜片钳记录(Whole-cellpatch-clamprecording)是一种早期且使用频繁的钳夹技术,相当于连续单电极电压钳夹记录,也就是说,全细胞记录类似于传统的细胞内记录,但具有更大的优势,如分辨率高、噪声低、稳定性好、细胞内成分可控等。全细胞记录技术测量一个细胞内所有通道的电流,记录过程中电极的溶液代替原生质的成分。虽然膜片钳记录技术相对于原来的单电极电压钳有了很大的进步,尤其是在单离子通道钳记录中,细胞或脑片的组织选择和实验溶液的制备仍然是非常重要的步骤。在细胞膜的电兴奋过程中,脂质层膜电容的反应是被动的,其电流电压曲线是线性的。
细胞是动物和人体的基本单元,细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的,离子和离子通道是细胞兴奋的基础,亦即产生生物电信号的基础,生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科--电生理学。膜片钳技术已成为研究离子通道的黄金标准。电压门控性离子通道:膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。配体门控离子通道:神经递质(如乙酰胆碱)、ji素等与通道蛋白上的特定位点结合,引起蛋白构像的改变,导致通道的打开。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得实验结果,专业团队,7*40小时随时人工在线咨询.膜片钳80%的工夫在于刺备细胞。芬兰单电极膜片钳单细胞
这一技术的发现和基因克隆技术并架齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。进口细胞膜片钳电生理工具
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。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得实验结果,专业团队,7*66小时随时人工在线咨询.进口细胞膜片钳电生理工具