膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

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。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。日本全细胞膜片钳电压钳制

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资料分析:一般电学性质∶通过I/V关系计算得到单通道电导,观察通道有无整流。通过离子选择性、翻转电位或其它通道的条件初步确定通道类型。通道动力学分析∶开放时间、开放概率、关闭时间、通道的时间依赖性失活、开放与关闭类型(簇状猝发,Burst)样开放与闪动样短暂关闭(flickering),化学门控性通道的开、关速率常数等数据。药理学研究∶研究的药物,阻断剂、激动剂或其它调制因素对通道活动的影响情况。综合分析得出结沦。美国双电极膜片钳参数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。

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膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术,1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明,从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来,膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一,具有极大的精确性和灵活性,能够揭示离子通道,单细胞突触反应,及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道,膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器,放大器,模数/数模转换器等构成,神经元电信号先通过前置放大器(headstage)初步放大,后传输入放大器进一步放大,再传入模数转换器转化为数字信号,后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信号传输路径。

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。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O的负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),明显降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进,引进了膜片游离技术和全细胞记录技术,从而使该技术更趋完善,具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出贡献,荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。膜片钳记录技术与较早的单电极电压钳位相比进步了很多,尤其在单离子通道钳位记录方面。

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离子选择性(selectivity)(大小和电荷)∶某一种离子只能通过与其相应的通道跨膜扩散(安静∶K>Na100倍、兴奋;Na>K10-20倍);各离子通道在不同状态下,对相应离子的通透性不同。门控特性(Gating)∶失活状态不仅是通道处于关闭状态,而且只有在经过一个额外刺激使通道从失活关闭状态进入静息关闭状态后,通道才能再度接受外界刺激而***开放。离子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.产生细胞生物电现象,与细胞兴奋性相关。2.神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆3.维持细胞正常形态和功能完整性膜离子通道的基因变异及功能障碍与许多疾病有关,某些先天性与后天获得性疾病是离子通道基因缺陷与功能改变的结果,称为离子通道病(ionchannelpathies)。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。美国单通道膜片钳电生理技术

封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。日本全细胞膜片钳电压钳制

在形成高阻抗封接后,记录实验结果之前,通常要根据实验的要求进行参数补偿,以期获得符合实际的结果。需要注意的是,应恰当设置放大器的带宽,例如10kHz,这样在电流监测端将观察不到超越此频带以外的无用信息。膜片钳实验难度大、技术要求高,要掌握有关技术和方法虽不是很困难的事,但要从一大批的实验数据中,经过处理和分析,得出有意义、有价值的结果和结论,就显得不那么容易,有许多需要注意和考虑的问题,包括减少噪音,避免电极前端的污染,提高封接成功率,具体实验过程中还需要考虑如何选取记录模式,为记录特定离子电流如何选择电极内、外液,如何选择阻断剂、激动剂,如何进行正确的数据采集等许多更为复杂的问题,还需在科研实践中不断地探索和解决。日本全细胞膜片钳电压钳制

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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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