单电极膜片钳离子通道

在膜片钳技术的发展过程中主要形成了五种记录模式，即细胞贴附模式（cell-attachedmode或loose-seal-cellattachedmode）、膜内面向外模式（inside-outmode）、膜外面向外模式（outside-outmode）、常规全细胞模式（conventionalwhole-cellmode）和穿孔膜片模式（perforatedpatchmode）。a.亚细胞水平：细胞贴附模式，可记录通过电极下膜片中通道蛋白的离子电流(红色虚线箭头)。在全细胞膜片钳中，膜片破裂，因此可以记录全细胞的宏观电流，它表示整个细胞的总和电流(蓝色虚线箭头)。b.细胞水平：来自神经元不同部分的全细胞同步记录可确定信号传递的方向。c.神经元网络水平：全细胞记录可以在一个连接神经元的小网络中进行。d.活物水平：可以在执行任务或自由走动的动物大脑中进行全细胞记录。滔博生物膜片钳实验外包,基因实力,蛋白细胞,免疫检测,相关行业平台,实地考察,数据可靠。单电极膜片钳离子通道

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.芬兰单电极膜片钳电压钳制膜片钳是一种用于夹持薄膜或其他薄片材料的工具。

电压钳的缺点∶电压钳技术目前主要用于巨火细胞的全细胞电流研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥其它技术不能替代的作用。但也有其致命的弱点1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细胞浆流失，破坏了细胞生理功能的完整性;2、不能测定单一通道电流。因为电压钳制的膜面积很大，包含着大量随机开放和关闭着的通道，而且背景噪音大，往往掩盖了单一通道的电流。3、对体积小的细胞（如哺乳类***元，直径在10-30μm之间）进行电压钳实验，技术上有更大的困难。由于电极需插入细胞，不得不将微电极的前列做得很细，如此细的前列致使电极阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取决于不同的充灌液）。这样大的电极阻抗不利于作细胞内电流钳或电压钳记录时在短时间（0.1μs）内向细胞内注入电流，达到钳制膜电压或膜电流之目的。再者，在小细胞上插入的两根电极可产生电容而降低测量电压电极的反应能力。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*43小时随时人工在线咨询.

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.典型的单通道电流呈一种振幅相同而持续时间不等的脉冲样变化。

目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的芬兰脑片膜片钳报价

全自动膜片钳技术采用的标本必须是悬浮细胞，像脑片这类标本无法采用。单电极膜片钳离子通道

电压钳技术是由科尔发明的，并在20世纪初由霍奇金和赫胥黎完善。其设计的主要目的是证明动作电位的产生机制，即动作电位的峰值电位是由于膜对钠的通透性瞬间增加。但当时还没有直接测量膜通透性的方法，所以用膜电导来测量离子通透性。膜电导测量的基础是电学中的欧姆定律，如膜Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)的关系，膜电流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通过测量膜电流，然后利用欧姆定律来计算膜电导。然而，膜电导可以通过使用膜电流来计算。这个条件是通过电压钳技术实现的。下一张幻灯片中右边的两张图显示了squid的动作电位和动作电位过程中膜电流的变化，这是霍奇金和赫胥黎在半个世纪前用电压钳记录的。他们的实验证明了参与动作电位的离子电流由三种成分组成:Na、K、Cl。对这些离子流进行了定量分析。这项技术为阐明动作电位的本质和离子通道的研究做出了巨大贡献。单电极膜片钳离子通道