美國(guó)可升級(jí)膜片鉗電生理工具

高阻封接問(wèn)題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。(1)細(xì)胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)加熱拋光的微管電極置于清潔的細(xì)胞膜表面上，形成高阻封接，在細(xì)胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過(guò)微管電極對(duì)膜片進(jìn)行電壓鉗制，分辨測(cè)量膜電流，稱為細(xì)胞貼附膜片。由于不破壞細(xì)胞的完整性，這種方式又稱為細(xì)胞膜上的膜片記錄。此時(shí)跨膜電位由玻管固定電位和細(xì)胞電位決定。因此，為測(cè)定膜片兩側(cè)的電位，需測(cè)定細(xì)胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動(dòng)看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細(xì)胞骨架及有關(guān)代謝過(guò)程是完整的，所受的干擾小。離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個(gè)膜結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道。美國(guó)可升級(jí)膜片鉗電生理工具

膜片鉗技術(shù)的發(fā)展∶全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)（Automated patch clamp technique）的出現(xiàn)標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)嶄新階段，從這個(gè)意義上說(shuō)，前面所講的膜片鉗技術(shù)我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)（ Traditional patch clamp technique），傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)每次只能記錄一個(gè)細(xì)胞（或一對(duì)細(xì)胞），對(duì)實(shí)驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進(jìn)行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細(xì)胞的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問(wèn)題，它不僅通量高，一次能記錄幾個(gè)甚至幾十個(gè)細(xì)胞，而且從找細(xì)胞、形成封接、破膜等整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得膜片鉗技術(shù)的工作效率提高了!全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞，像腦片這類標(biāo)本無(wú)法采用。此外，全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)只能進(jìn)行全細(xì)胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細(xì)胞貼附式單通道記錄模式，而不能進(jìn)行其他模式的記錄。日本全自動(dòng)膜片鉗市場(chǎng)價(jià)膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。

對(duì)藥物作用機(jī)制的研究，在通道電流記錄中，可分別于不同時(shí)間、不同部位（膜內(nèi)或膜外）施加各種濃度的藥物，研究它們對(duì)通道功能的可能影響，了解那些選擇性作用于通道的藥物影響人和動(dòng)物生理功能的分子機(jī)理。這是目前膜片鉗技術(shù)應(yīng)用普遍的領(lǐng)域，既有對(duì)西藥藥物機(jī)制的探討，也普遍用在重要藥理的研究上。如開麗等報(bào)道細(xì)胞貼附式膜片鉗單通道記錄法觀測(cè)到人參二醇組皂苷可控制正常和“缺血”誘導(dǎo)的大鼠大腦皮層神經(jīng)元L-型鈣通道的開放，從而減少鈣內(nèi)流，對(duì)缺血細(xì)胞可能有保護(hù)作用。陳龍等報(bào)道采用細(xì)胞貼附式單通道記錄法發(fā)現(xiàn)烏頭堿對(duì)培養(yǎng)的Wistar大鼠心室肌細(xì)胞L-型鈣通道有阻滯作用。

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(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰電位是由于膜對(duì)鈉的通透性發(fā)生了一過(guò)性的增大過(guò)程。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有直接測(cè)定膜通透性的方法，于是就用膜對(duì)某種離子的電導(dǎo)來(lái)**該種離子的通透性，膜電導(dǎo)測(cè)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(dòng)力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過(guò)測(cè)量膜電流，再利用歐姆定律來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)時(shí)，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(gè)世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過(guò)程中的膜電流的變化圖，他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動(dòng)作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對(duì)闡明動(dòng)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)。全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞，像腦片這類標(biāo)本無(wú)法采用。

光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)整合了光學(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評(píng)為"Methodoftheyear2010"[19]；美國(guó)麻省理工學(xué)院科技評(píng)述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué)，特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實(shí)驗(yàn)室使用，幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能，進(jìn)而為深刻認(rèn)識(shí)神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理并研發(fā)針對(duì)疾病干預(yù)和的新技術(shù)。通過(guò)膜片鉗放大器的控制鍵將微電極的連接電位（junction potentials）調(diào)至零位。美國(guó)雙分子層膜片鉗電生理技術(shù)

對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來(lái)間接反映離子通道功能。美國(guó)可升級(jí)膜片鉗電生理工具

細(xì)胞是動(dòng)物和人體的基本單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的，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(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測(cè)量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科--電生理學(xué)。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的黃金標(biāo)準(zhǔn)。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點(diǎn)集團(tuán)在膜電位改變時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)有電荷移動(dòng)，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點(diǎn)結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。美國(guó)可升級(jí)膜片鉗電生理工具

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