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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(guó)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(gè)離子通道的電流。近半個(gè)世紀(jì)來(lái),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(guò)膜片鉗的人都知道,膜片鉗的信號(hào)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(hào)先通過(guò)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(hào),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(gè)信號(hào)傳輸路徑。封接(seal)是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。進(jìn)口腦片膜片鉗廠家
1976年德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負(fù)壓吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-sea1),降低了記錄時(shí)的噪聲1981年Hamill和Neher等引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)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(xì)胞,形成吉?dú)W姆(GΩ)阻抗,使得與電極前列開(kāi)口處相接的細(xì)胞膜的膜片與周圍在電學(xué)上絕緣,在此基礎(chǔ)上固定電位,對(duì)此膜片上的離子通道的離子電流(pA級(jí))進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄的方法。日本雙電極膜片鉗參數(shù)由此形成了一門(mén)細(xì)胞學(xué)科—電生理學(xué),即是用電生理的方法來(lái)記錄和分析細(xì)胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。
資料分析:一般電學(xué)性質(zhì)∶通過(guò)I/V關(guān)系計(jì)算得到單通道電導(dǎo),觀察通道有無(wú)整流。通過(guò)離子選擇性、翻轉(zhuǎn)電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動(dòng)力學(xué)分析∶開(kāi)放時(shí)間、開(kāi)放概率、關(guān)閉時(shí)間、通道的時(shí)間依賴性失活、開(kāi)放與關(guān)閉類型(簇狀猝發(fā),Burst)樣開(kāi)放與閃動(dòng)樣短暫關(guān)閉(flickering),化學(xué)門(mén)控性通道的開(kāi)、關(guān)速率常數(shù)等數(shù)據(jù)。藥理學(xué)研究∶研究的藥物,阻斷劑、激動(dòng)劑或其它調(diào)制因素對(duì)通道活動(dòng)的影響情況。綜合分析得出結(jié)淪。
在心血管藥理研究中的應(yīng)用,隨著膜片鉗技術(shù)在心血管方面的廣泛應(yīng)用,對(duì)血管疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)不僅得到了不斷更新,而且在其病因?qū)W與藥理學(xué)方面還形成了許多新的觀點(diǎn)。正如諾貝爾基金會(huì)在頒獎(jiǎng)時(shí)所說(shuō):“Neher和Sadmann的貢獻(xiàn)有利于了解不同疾病機(jī)理,為研制新的更為的藥物開(kāi)辟了道路”。創(chuàng)新藥物研究與高通量篩選,目前在離子通道高通量篩選中主要是進(jìn)行樣品量大、篩選速度占優(yōu)勢(shì)、信息量要求不太高的初級(jí)篩選。近幾年,分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎(chǔ)的兩大主流技術(shù)市場(chǎng)。將電生理研究信息量大、靈敏度高等特點(diǎn)與自動(dòng)化、微量化技術(shù)相結(jié)合,產(chǎn)生了自動(dòng)化膜片鉗等一些新技術(shù)。在細(xì)胞膜的電興奮過(guò)程中,脂質(zhì)層膜電容的反應(yīng)是被動(dòng)的,其電流電壓曲線是線性的。
膜片鉗放大器是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的主要,它可用來(lái)作單通道或全細(xì)胞記錄,其工作模式可以是電壓鉗,也可以是電流鉗。從原理來(lái)說(shuō),膜片鉗放大器的探頭電路即I-V變換器有兩種基本結(jié)構(gòu)形式,即電阻反饋式和電容反饋式,前者是一種典型的結(jié)構(gòu),后者因用反饋電容取代了反饋電阻,降低了噪聲,所以特別適合較低噪聲的單通道記錄。由于供膜片鉗實(shí)驗(yàn)的專門(mén)的計(jì)算機(jī)硬件及相應(yīng)的軟件程序的相繼出現(xiàn),使得膜片鉗實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、效率提高。如與EPC-9型膜片鉗放大器(內(nèi)含ITC-16數(shù)據(jù)采集/接口卡)配套使用的軟件PULSE/PULSEFIT,它既可產(chǎn)生刺激波形,控制數(shù)據(jù)采集,又可分析數(shù)據(jù),同時(shí)具有用于膜電容監(jiān)測(cè)的鎖相放大器,多種軟件功能集成于一體。典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時(shí)間不等的脈沖樣變化。日本可升級(jí)膜片鉗廠家
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。進(jìn)口腦片膜片鉗廠家
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(guò)一個(gè)與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個(gè)壓力,一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒(méi)在溶液中時(shí)給電極一個(gè)測(cè)定脈沖(命令電壓,如5-10ms,10mV)讀出電流,按照歐姆定律計(jì)算電阻。4.通過(guò)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(xì)胞表面,并觀察電流的變化,直至阻抗達(dá)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(shí)細(xì)胞不至于鉗位到零。進(jìn)口腦片膜片鉗廠家
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