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膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

与药物作用有关的心肌离子通道,心肌细胞通过各种离子通道对膜电位和动作电位稳态的维持而保持正常的功能。近年来,国外学者在人类心肌细胞离子通道特性的研究中取得了许多进展,使得心肌药理学实验由动物细胞模型向人心肌细胞成为可能。对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究,通过对各种生理或病理情况下细胞膜某种离子通道特性的研究,了解该离子的生理意义及其在疾病过程中的作用机制。如对钙离子在脑缺血神经细胞损害中作用机制的研究表明,缺血性脑损害过程中,Ca2+介导现象起非常重要的作用,缺血缺氧使Ca2+通道开放,过多的Ca2+进入细胞内就出现Ca2+超载,导致神经元及细胞膜损害,膜转运功能障碍,严重的可使神经元坏死。封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。进口双分子层膜片钳电流钳制

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对单细胞形态与功能关系的研究,将膜片钳技术与单细胞逆转录多聚酶链是反应技术结合,在全细胞膜片钳记录下,将单细胞内容物或整个细胞(包括细胞膜)吸入电极中,将细胞内存在的各种mRNA全部快速逆转录成cDNA,再经常规PCR扩增及待检的特异mRNA的检测,借此可对形态相似而电活动不同的结果做出分子水平的解释或为单细胞逆转录多聚酶链式反应提供标本,为同一结构中形态非常相似但功能不同的事实提供分子水平的解释。目前国际上掌握此技术的实验室较少,我国北京大学神经科学研究所于1994年在国内率先开展。日本膜片钳参数膜片钳技术的建立,对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。

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电压钳技术,是20世纪初由Cole发明,Hodgkin和Huxley完善,其设计的主要目的是为了证明动作电位的产生机制,即动作电位的峰电位是由于膜对钠的通透性发生了一过性的增大过程。但当时没有直接测定膜通透性的方法,于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性,膜电导测定的依据是电学中的欧姆定律,如膜的Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)和膜电流INa的关系GNa= INa/(Em-ENa).因此可通过测量膜电流,再利用欧姆定律来计算膜电导,但是,利用膜电流来计算膜电导时,记录膜电流期间的膜电位必须保持不变,否则膜电流的变化就不能**膜电导的变化。这一条件是利用电压钳技术实现的。下张幻灯中的右边两张图是Hodgkin和Huxley在半个世纪以前利用电压钳记录的抢乌贼的动作电位和动作电位过程中的膜电流的变化图,他们的实验***证明参与动作电位的离子流由Na,k ,漏(Cl)三种成分组成。并对这些离子流进行了定量分析。这一技术对阐明动作电位的本质和离子通道的的研究做出了极大的贡献。

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,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。由此形成了一门细胞学科—电生理学,即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。

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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,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(electrophysiology),即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。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。日本双电极膜片钳单细胞

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。进口双分子层膜片钳电流钳制

膜片钳放大器是整个实验系统中的主要,它可用来作单通道或全细胞记录,其工作模式可以是电压钳,也可以是电流钳。从原理来说,膜片钳放大器的探头电路即I-V变换器有两种基本结构形式,即电阻反馈式和电容反馈式,前者是一种典型的结构,后者因用反馈电容取代了反馈电阻,降低了噪声,所以特别适合较低噪声的单通道记录。由于供膜片钳实验的专门的计算机硬件及相应的软件程序的相继出现,使得膜片钳实验操作简便、效率提高。如与EPC-9型膜片钳放大器(内含ITC-16数据采集/接口卡)配套使用的软件PULSE/PULSEFIT,它既可产生刺激波形,控制数据采集,又可分析数据,同时具有用于膜电容监测的锁相放大器,多种软件功能集成于一体。进口双分子层膜片钳电流钳制

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膜片钳又称单通道电流记录技术,用特制的玻璃微吸管吸附于 细胞表面,使之形成10~100的密封(giga-seal),又称巨阻封接,被孤立的小膜片面积为μm量级,内中*有少数 离子通道。然后对该膜片实行 电压钳位,可测量单个离子通道开放产生的pA(10的负12次方安培)量级的电流,这种通道开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化,可直接得到各种 离子通道开放的电流 幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量,并分析它们与 膜电位、离子浓度等之间的关系。还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来,以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对 小细胞的 电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。 1976年德国 马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann***在青蛙肌细胞上用双电极钳制 膜电位的同时,记录到ACh***的单通道 离子电流,从而产生了 膜片钳技术。
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