進(jìn)口雙分子層膜片鉗電生理工具

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級(jí)結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu)，在這方面，美國(guó)的二位科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu)，二位因此獲得2003年諾貝系化學(xué)獎(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術(shù)：電壓鉗技術(shù)（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術(shù)。Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測(cè)與碳纖電極電化學(xué)檢測(cè)聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。進(jìn)口雙分子層膜片鉗電生理工具

膜片鉗技術(shù)是1976年由諾貝爾獎(jiǎng)得主Neher和Sakmann發(fā)展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動(dòng)的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代細(xì)胞電生理研究的常規(guī)方法，廣泛應(yīng)用于生物、生理、病理、藥理、神經(jīng)科學(xué)、植物和微生物等領(lǐng)域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術(shù)點(diǎn)燃了細(xì)胞和分子水平的生理學(xué)研究的**之火,與基因克隆技術(shù)(genecloning)并駕齊驅(qū),給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測(cè)神經(jīng)元、心肌的活動(dòng)情況。這些技術(shù)是人們觀測(cè)神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動(dòng)為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，也是國(guó)家自然科學(xué)基金等鼓勵(lì)申報(bào)的重要領(lǐng)域。芬蘭雙分子層膜片鉗技術(shù)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)和記憶。

細(xì)胞是動(dòng)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(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測(cè)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(diǎn)集團(tuán)在膜電位改變時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)有電荷移動(dòng)，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(diǎn)結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。

電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細(xì)胞內(nèi)，一根電極用作記錄電極以記錄跨膜電位，用另一根電極作為電流注入電極，以固定膜電位。從而實(shí)現(xiàn)固定膜電位的同時(shí)記錄膜電流。電位記錄電極引導(dǎo)的膜電位（Vm）輸入電壓鉗放大器的負(fù)輸入端，而人為控制的指令電位（Vc）輸入正輸入端，放大器的正負(fù)輸入端子等電位，向正輸入端子施加指令電位（Vc）時(shí)，經(jīng)過短路負(fù)端子可使膜片等電較，即Vm=Vc，從而達(dá)到電位鉗制的目的，并可維持一定的時(shí)間。Vc的不同變化將導(dǎo)致Vm的變化，從而引起細(xì)胞膜上電壓依賴性離子通道的開放，通道開放引起的離子流反過來又引起Vm的變化，致使Vm≠Vc，Vc與Vm的任何差值都會(huì)導(dǎo)致放大器有電壓輸出，將相反極性的電流注入細(xì)胞，以使Vc=Vm，注入電流的大小與跨膜離子流相等，但方向相反。因而注入的電流被認(rèn)為是標(biāo)本興奮時(shí)的跨膜電流值（通道電流）。通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極的連接電位（junction potentials）調(diào)至零位。

80年代初發(fā)展起來的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動(dòng)力學(xué)特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)用，使人們不僅對(duì)生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進(jìn)一步的了解，而且對(duì)于疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)也不斷的更新，同時(shí)還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)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(gè)的離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。它和基因克隆技術(shù)（genecloning）并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。全細(xì)胞膜片鉗記錄是應(yīng)用較早，也是普遍的鉗位技術(shù)。芬蘭單通道膜片鉗離子電流

膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。進(jìn)口雙分子層膜片鉗電生理工具

對(duì)電極持續(xù)施加一個(gè)1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕顯示框中可看到測(cè)試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時(shí)增益不宜設(shè)得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細(xì)胞外液與電極內(nèi)液之間離子成分的差異造成了液結(jié)電位，故一般電極剛?cè)胨畷r(shí)測(cè)試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設(shè)置為0mV，并調(diào)節(jié)“電極失調(diào)控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細(xì)胞，當(dāng)電極前列與細(xì)胞膜接觸時(shí)封接電阻指示Rm會(huì)有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會(huì)進(jìn)一步上升。通過細(xì)塑料管向電極內(nèi)稍加負(fù)壓，細(xì)胞膜特性良好時(shí)，Rm一般會(huì)在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級(jí)的高阻抗封接。一般當(dāng)Rm達(dá)到100MΩ左右時(shí)，電極前列施加輕微負(fù)電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時(shí)的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦，使電極超極化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。為證實(shí)GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外，電流波形仍呈平坦?fàn)睢＿M(jìn)口雙分子層膜片鉗電生理工具

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