芬蘭細(xì)胞膜片鉗實驗操作

細(xì)胞是動物和人體的基本單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的，離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科--電生理學(xué)。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的黃金標(biāo)準(zhǔn)。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團(tuán)在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。芬蘭細(xì)胞膜片鉗實驗操作

不同的全自動膜片鉗技術(shù)所采用的原理如PopulationPatchClamp技術(shù)∶同SealChip技術(shù)一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細(xì)胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細(xì)胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數(shù)很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標(biāo)準(zhǔn)美國雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行，而且可同時在這兩個不同的部位作膜片鉗記錄。

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設(shè)備均具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，以使微電極與細(xì)胞膜之間的相對運(yùn)動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設(shè)備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設(shè)備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學(xué)儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學(xué)部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細(xì)胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細(xì)胞的形態(tài)對應(yīng)，以實現(xiàn)良好的封接。

1976年德國馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時，記錄到ACh的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時的噪聲實現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)，從而使該技術(shù)更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻(xiàn)，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容。

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道，當(dāng)通道開放時。細(xì)胞內(nèi)外的一些無機(jī)離子如Na，kCa等帶電離子可經(jīng)通道順濃度梯度或電位梯度進(jìn)行跨膜擴(kuò)散，從而形成這些帶電離子在膜內(nèi)外的不同分布態(tài)勢，這種態(tài)勢和在不同狀態(tài)下的動態(tài)變化是可興奮細(xì)胞靜息電位和動作電的基礎(chǔ)。這些無機(jī)離子通過離子通道的進(jìn)圍所產(chǎn)生的電活動是生命活動的基礎(chǔ)，只有在此基礎(chǔ)上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達(dá)、新陳代謝等生命活動。離子通道結(jié)構(gòu)和功能障礙決定了許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此，了解離子通道的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實際意義。離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。芬蘭細(xì)胞膜片鉗實驗操作

膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的"金標(biāo)準(zhǔn)"。芬蘭細(xì)胞膜片鉗實驗操作

膜片鉗技術(shù)原理：膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來（見右圖），由于電極前列與細(xì)胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進(jìn)玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強(qiáng)度，就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立，對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細(xì)胞膜單一的（或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，同時又將神經(jīng)科學(xué)的不同分野必然地融匯在一起，改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認(rèn)識能力的弊端。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。芬蘭細(xì)胞膜片鉗實驗操作

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