單電極膜片鉗專題

膜片鉗技術(shù)∶從一小片（約幾平方微米）膜獲取電子學(xué)方面信息的技術(shù)，即保持跨膜電壓恒定——電壓鉗位，從而測量通過膜離子電流大小的技術(shù)。通過研究離子通道的離子流，從而了解離子運輸、信號傳遞等信息?；驹恚豪秘摲答侂娮泳€路，將微電極前列所吸附的一個至幾個平方微米的細胞膜的電位固定在一定水平上，對通過通道的微小離子電流作動態(tài)或靜態(tài)觀察，從而研究其功能。研究離子通道的一種電生理技術(shù)，是施加負壓將玻璃微電極的前列（開口直徑約1μm）與細胞膜緊密接觸，形成高阻抗封接，可以精確記錄離子通道微小電流。能制備成細胞貼附、內(nèi)面朝外和外面朝內(nèi)三種單通道記錄方式，以及另一種記錄多通道的全細胞方式。膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪聲水平**降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。全自動膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)標志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段。單電極膜片鉗專題

現(xiàn)在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個表面，由于細胞電信號在被電極記錄到后，直接進入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信號，在很大程度上減少了環(huán)境及電路噪音對信號的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質(zhì)量且穩(wěn)定的電生理信號。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設(shè)備的大小只相當(dāng)于傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無需額外電源，連接和使用都極為簡便。沒有了占地方的放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們的膜片鉗又進一步減小了體積。單電極膜片鉗專題維持細胞正常形態(tài)和功能完整性。

這一設(shè)計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經(jīng)驗的科研工作者，記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發(fā)現(xiàn)了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當(dāng)筆者問他們放大器和數(shù)模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。

膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調(diào)至零位，這種電位差是由于電極內(nèi)填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調(diào)整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋"轉(zhuǎn)到"電壓鉗"時細胞不至于鉗位到零。而由通道蛋白介導(dǎo)的膜電導(dǎo)構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動成分，它的電流電壓關(guān)系是非線性的。

膜片鉗技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術(shù)與Fura2熒光測鈣技術(shù)結(jié)合，同時進行如細胞內(nèi)熒光強度、細胞膜離子通道電流及細胞膜電容等多指標變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進而可分析這些變化間的相互關(guān)系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術(shù)，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關(guān)系及比較大分泌率等指標。他又創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運用的技術(shù)。之后又將光電聯(lián)合檢測技術(shù)與碳纖電極電化學(xué)檢測技術(shù)首先結(jié)合起來。這種結(jié)合既能研究分泌機制，又能鑒別分泌物質(zhì)，還能互相彌補各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)結(jié)合起來運用，可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果作出分子水平的解釋，從此開始了膜片鉗與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的時代∶基因重組技術(shù)，膜通道蛋白重建技術(shù)。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測鈣技術(shù)結(jié)合。單電極膜片鉗專題

膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。單電極膜片鉗專題

內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在將微管電極輕輕提起，使其與細胞分離，電極端形成密封小泡，在空氣中短暫暴露幾秒鐘后，小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片。此時膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位，膜電位等于玻管電位的負值。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的，則輸出將與膜電流(Im)的負值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，繼續(xù)以負壓抽吸，膜片破裂再將玻管慢慢地從細胞表面垂直地提起，斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層，此時高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應(yīng)測膜片電阻，并消除漏電流和電容電流。整個過程要當(dāng)心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平，膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的，放大器的輸出將與Im值相等。單電極膜片鉗專題