芬蘭膜片鉗電流鉗制

這一設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。全自動膜片鉗技術(shù)采用的標本必須是懸浮細胞，像腦片這類標本無法采用。芬蘭膜片鉗電流鉗制

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-sea1），降低了記錄時的噪聲1981年Hamill和Neher等引進了膜片游離技術(shù)和全細胞記錄技術(shù)1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。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，使得與電極前列開口處相接的細胞膜的膜片與周圍在電學上絕緣，在此基礎(chǔ)上固定電位，對此膜片上的離子通道的離子電流（pA級）進行監(jiān)測記錄的方法。雙分子層膜片鉗解決方案膜片鉗技術(shù)的建立，對生物學科學特別是神經(jīng)科學是一資有重大意義的變革。

對電極持續(xù)施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時增益不宜設得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內(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測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設置為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胞，當電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內(nèi)稍加負壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封接。一般當Rm達到100MΩ左右時，電極前列施加輕微負電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時的現(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，電流波形仍呈平坦狀。

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學領(lǐng)域非常重要的一項技術(shù)，1976年由國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發(fā)明，從而在活細胞上記錄到單個離子通道的電流。近半個世紀來，膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學領(lǐng)域較常用也是較實用的技術(shù)之一，具有極大的精確性和靈活性，能夠揭示離子通道，單細胞突觸反應，及神經(jīng)環(huán)路連接等多層次的電生理特性。做過膜片鉗的人都知道，膜片鉗的信號采集設備一般由前置放大器，放大器，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，神經(jīng)元電信號先通過前置放大器（headstage）初步放大，后傳輸入放大器進一步放大，再傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，后被計算機采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個信號傳輸路徑。典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時間不等的脈沖樣變化。

電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關(guān)閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術(shù)上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）。這樣大的電極阻抗不利于作細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間（0.1μs）內(nèi)向細胞內(nèi)注入電流，達到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應能力。離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結(jié)構(gòu)，是細胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道。芬蘭高通量全自動膜片鉗研究

微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。芬蘭膜片鉗電流鉗制

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細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)進行了改進，引進了膜片游離技術(shù)和全細胞記錄技術(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，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。芬蘭膜片鉗電流鉗制

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