膜片鉗技術(shù)

膜片鉗的基本原理則是利用負(fù)反饋電子線路，將微電極前列所吸附的一個至幾個平方微米的細(xì)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。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電流固定的關(guān)鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻密封，其阻抗數(shù)值可達(dá)10～100GΩ(此密封電阻是指微電極內(nèi)與細(xì)胞外液之間的電阻)。由于此阻值如此之高，故基本上可看成絕緣，其上之電流可看成零，形成高阻密封的力主要有氫健、范德華力、鹽鍵等。此密封不僅電學(xué)上近乎絕緣，在機(jī)械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小，其下膜面積只約1μm2，在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少，一般只有一個或幾個通道，經(jīng)這一個或幾個通道流出的離子數(shù)量相對于整個細(xì)胞來講很少，可以忽略，也就是說電極下的離子電流對整個細(xì)胞的靜息電位的影響可以忽略，那么，只要保持電極內(nèi)電位不變，則電極下的一小片細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差就不變，從而實(shí)現(xiàn)電位固定。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。膜片鉗技術(shù)

對單細(xì)胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究，將膜片鉗技術(shù)與單細(xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)欠磻?yīng)技術(shù)結(jié)合，在全細(xì)胞膜片鉗記錄下，將單細(xì)胞內(nèi)容物或整個細(xì)胞（包括細(xì)胞膜）吸入電極中，將細(xì)胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴(kuò)增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果做出分子水平的解釋或?yàn)閱渭?xì)胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供標(biāo)本，為同一結(jié)構(gòu)中形態(tài)非常相似但功能不同的事實(shí)提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室較少，我國北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所于1994年在國內(nèi)率先開展。芬蘭雙電極膜片鉗電生理技術(shù)了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)、將一定密度的細(xì)胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極前列的單個細(xì)胞通過在電極外施加負(fù)壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接，打破露在玻璃電極前列開口外的細(xì)胞膜就形成了全細(xì)胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術(shù)，其通量比較高為6，即一次可同時記錄6個細(xì)胞。它的***特點(diǎn)是∶（1）仍然采用玻璃毛坯作為電極（2）藥物施加微量、快速。SealChip技術(shù);完全摒棄了玻璃電極，而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細(xì)胞懸液灌注在芯片上面，隨機(jī)下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負(fù)壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術(shù)的典范，是離子通道藥物研發(fā)的**性工具，在國外實(shí)驗(yàn)室和制藥廠***用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量比較高為16，即一次可同時記錄16個細(xì)胞同時，其藥物施加微量、快速，不僅用于藥物篩選，還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。

膜片鉗技術(shù)實(shí)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(jī)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(jìn)行研究成為可能。單通道電流1.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。他有兩個電導(dǎo)水平，即O和1，分別對應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數(shù)目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放，中間被閃動樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。

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(xì)胞電信號在被電極記錄到后，直接進(jìn)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(jìn)一步減小了體積。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成，增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。進(jìn)口細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)

維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性。膜片鉗技術(shù)

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低記錄噪聲，實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對鉀離子通透性時發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動很像是通過許多狹窄空洞的運(yùn)動，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。膜片鉗技術(shù)

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