芬蘭單通道膜片鉗離子通道

膜片鉗放大器的工作模式；(1)電壓鉗制模式:在鉗制細(xì)胞膜電位的基礎(chǔ)上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，如通道電流；EPSC；IPSC等電流信號(hào)它是膜片鉗的基本工作模式。(2)屯留鉗向細(xì)胞注入刺激電流，記錄膜電位對(duì)刺激電流的響應(yīng)。記錄的是動(dòng)作電位，EPSP；IPSP等電壓信號(hào)膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電位固定的關(guān)鍵是在玻璃微電極前沿與細(xì)胞膜之間形成高阻(10GΩ)密封，使與電極前開口相連的細(xì)胞膜與周圍環(huán)境電隔離，通過施加指令電壓來鉗制膜電位。膜片鉗技術(shù)的建立，對(duì)生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

電壓鉗的缺點(diǎn):目前電壓鉗技術(shù)主要用于研究巨火細(xì)胞的全細(xì)胞電流，特別是在分子克隆卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中，發(fā)揮著不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱點(diǎn):1。微電極需要刺穿細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)丟失，破壞細(xì)胞生理功能的完整性；2、不能確定單通道電流。由于電壓鉗位薄膜面積大，包含大量隨機(jī)開關(guān)的通道，背景噪聲大，往往會(huì)掩蓋單通道的電流。3.在小細(xì)胞(如直徑10-30μm的哺乳動(dòng)物細(xì)胞)上進(jìn)行電壓鉗實(shí)驗(yàn)，技術(shù)難度更大。因?yàn)殡姌O需要插入到細(xì)胞中，所以微電極的前端必須做得非常薄。如此薄的前端導(dǎo)致電極阻抗較大，往往為60~-80mω或120~150MΩ(視灌注液不同而定)。如此大的電極阻抗，不利于用細(xì)胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時(shí)，短時(shí)間(0.1μs)內(nèi)將電流注入細(xì)胞，從而達(dá)到鉗制膜電壓或膜電流的目的。此外，插在小電池上的兩個(gè)電極會(huì)產(chǎn)生電容并降低電壓測(cè)量電極的反應(yīng)能力。單通道膜片鉗電流鉗制了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對(duì)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。

一、記錄設(shè)備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設(shè)備是實(shí)驗(yàn)前的重要步驟，如用模型細(xì)胞測(cè)定電子設(shè)備、安裝并測(cè)試應(yīng)用軟件、調(diào)節(jié)光學(xué)顯微鏡、檢驗(yàn)防震工作臺(tái)等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細(xì)胞記錄則應(yīng)選管壁較?。?.16mm）的毛細(xì)玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術(shù)封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細(xì)胞膜電信號(hào)的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進(jìn)行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當(dāng)?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細(xì)胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細(xì)胞，細(xì)胞的大小也是成功記錄的個(gè)因素，一般選擇10-20um的細(xì)胞比較理想。

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(jiǎng)。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對(duì)鉀離子通透性時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動(dòng)很像是通過許多狹窄空洞的運(yùn)動(dòng)，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡(jiǎn)稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。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(jiǎng)。膜片鉗記錄技術(shù)與較早的單電極電壓鉗位相比進(jìn)步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面。

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(gè)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(guó)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(shí)記錄6個(gè)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(dòng)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(guó)Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動(dòng)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(guó)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(shí)記錄16個(gè)細(xì)胞同時(shí)，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。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測(cè)鈣技術(shù)結(jié)合。芬蘭可升級(jí)膜片鉗價(jià)格

膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測(cè)量。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

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。芬蘭單通道膜片鉗離子通道

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