芬蘭雙分子層膜片鉗電生理技術(shù)

ePatch雖然設(shè)備非常小巧，但功能完備，傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備能做的實(shí)驗(yàn)，用ePatch幾乎都能做。具有voltage-clamp，current-clamp，zero current-clamp三種模式，自動電極電壓飄移補(bǔ)償，C-fast-C-slow-R-series-P/N補(bǔ)償，Bridge balance補(bǔ)償?shù)裙δ堋？梢宰鋈?xì)胞記錄也可以做單通道記錄，膜片鉗技術(shù)常做的離子通道電流，突觸后電流，動作電位檢測等實(shí)驗(yàn)都能輕松實(shí)現(xiàn)。公司還為此開發(fā)了友好的控制和記錄軟件，筆者上手接觸了一下，發(fā)現(xiàn)跟AXON的軟件類似，并且程序編輯更為簡單易用。所記錄到的數(shù)據(jù)可以直接使用Clampfit進(jìn)行分析，可以說對于使用過AXON設(shè)備的膜片鉗工作者來說，上手毫無難度。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。芬蘭雙分子層膜片鉗電生理技術(shù)

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀(jì)30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應(yīng)用到生物膜上，提出了“膜學(xué)說”。他認(rèn)為在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜只對鉀離子具有通透性；而當(dāng)細(xì)胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進(jìn)行的高頻交變電流測量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)動作電位被觸發(fā)時，雖然細(xì)胞的膜電導(dǎo)大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實(shí)表明膜學(xué)說所宣稱的膜破裂的觀點(diǎn)是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術(shù)進(jìn)口全細(xì)胞膜片鉗價格而由通道蛋白介導(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。

電壓鉗技術(shù)，是20世紀(jì)初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設(shè)計(jì)的主要目的是為了證明動作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當(dāng)時沒有直接測定膜通透性的方法，于是就用膜對某種離子的電導(dǎo)來**該種離子的通透性，膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜的Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測量膜電流，再利用歐姆定律來計(jì)算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來計(jì)算膜電導(dǎo)時，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導(dǎo)的變化。這一條件是利用電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動作電位和動作電位過程中的膜電流的變化圖，他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻(xiàn)。

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)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)。

高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達(dá)10μs、空間分辨率可達(dá)1平方微米及電流分辨率可達(dá)10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢姡玫降驮肼暤碾娏饔涗?，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(nèi)阻通常達(dá)100kΩ～50MΩ的大細(xì)胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達(dá)到所要求的分辨率。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測鈣技術(shù)結(jié)合。日本高通量全自動膜片鉗價格

小片膜的孤立使對單個離子通道進(jìn)行研究成為可能。芬蘭雙分子層膜片鉗電生理技術(shù)

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一項(xiàng)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(xì)胞上記錄到單個離子通道的電流。近半個世紀(jì)來，膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域較常用也是較實(shí)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(xì)胞突觸反應(yīng)，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(shè)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(jìn)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(jì)算機(jī)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。芬蘭雙分子層膜片鉗電生理技術(shù)

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