膜片钳技术发展至今,已经成为现代细胞电生理的常规方法,它不仅可以作为基础生物医学研究的工具,而且直接或间接为临床医学研究服务。目前膜片钳技术广泛应用于神经(脑)科学、心血管科学、药理学、细胞生物学、病理生理学、中医药学、植物细胞生理学、运动生理等多学科领域研究。随着全自动膜片钳技术(Automaticpatchclamptechnology)的出现,膜片钳技术因其具有的自动化、高通量特性,在药物研发、药物筛选中显示了强劲的生命力。屯流钳素向细胞内注入刺激电流,记录膜电位对刺激电流的反应。德国膜片钳离子通道
1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann在青蛙肌细胞上记录记录到AChjihuo的单通道离子电流1980年Sigworth等用负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-sea1),降低了记录时的噪声1981年Hamill和Neher等引进了膜片游离技术和全细胞记录技术1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。膜片钳技术原理膜片钳技术是用玻璃微电极接触细胞,形成吉欧姆(GΩ)阻抗,使得与电极前列开口处相接的细胞膜的膜片与周围在电学上绝缘。美国全自动膜片钳离子通道全自动膜片钳技术采用的标本必须是悬浮细胞,像脑片这类标本无法采用。
膜片钳的应用范围:1.单离子通道(如钠、钾)的功能研究;2.心肌细胞离子通道研究(尤其与药物作用相关的);3.常规与病理的离子通道作用机制研究;4.单细胞的形态与功能关系的研究;5.心血管药理学的研究;6.脑片膜片钳(证实了脑组织在体外也能存活并保持很好的活性状态,能使对脑细胞的研究更接近生理状态下的情况,可检验不同脑区间的神经通路与功能链接);7.神经环路的研究(光遗传或化学遗传病毒载体表达的验证);8.神经突触可塑性的研究。
膜片钳放大器是整个实验系统中的主要,它可用来作单通道或全细胞记录,其工作模式可以是电压钳,也可以是电流钳。从原理来说,膜片钳放大器的探头电路即I-V变换器有两种基本结构形式,即电阻反馈式和电容反馈式,前者是一种典型的结构,后者因用反馈电容取代了反馈电阻,降低了噪声,所以特别适合较低噪声的单通道记录。由于供膜片钳实验的专门的计算机硬件及相应的软件程序的相继出现,使得膜片钳实验操作简便、效率提高、效率提高在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。
对电极持续施加一个1mV、10~50ms的阶跃脉冲刺激,电极入水后电阻约4~6MΩ,此时在计算机屏幕显示框中可看到测试脉冲产生的电流波形。开始时增益不宜设得太高,一般可在1~5mV/pA,以免放大器饱和。由于细胞外液与电极内液之间离子成分的差异造成了液结电位,故一般电极刚入水时测试波形基线并不在零线上,须首先将保持电压设置为0mV,并调节“电极失调控制“使电极直流电流接近于零。用微操纵器使电极靠近细胞,当电极前列与细胞膜接触时封接电阻指示Rm会有所上升,将电极稍向下压,Rm指示会进一步上升。通过细塑料管向电极内稍加负压,细胞膜特性良好时,Rm一般会在1min内快速上升,直至形成GΩ级的高阻抗封接。一般当Rm达到100MΩ左右时,电极前列施加轻微负电压(-30~-10mV)有助于GΩ封接的形成。此时的现象是电流波形再次变得平坦,使电极超极化由-40到-90mV,有助于加速形成封接。为证实GΩ封接的形成,可以增加放大器的增益,从而可以观察到除脉冲电压的首尾两端出现电容性脉冲前列电流之外,电流波形仍呈平坦状。通过研究离子通道的离子流, 从而了解离子运输、信号传递等信息。美国全自动膜片钳离子通道
膜片钳,开启细胞电生理研究新篇章!德国膜片钳离子通道
膜片钳技术是一种用于研究生物细胞膜离子通道的实验方法。它通过在细胞膜上形成小孔,从而对细胞膜的离子通道进行精确的电生理记录和描述。在膜片钳实验中,研究人员通常会先将细胞膜上的脂质双层通过特殊设备进行穿刺,形成一个小孔。然后,他们将一个玻璃微电极插入这个小孔中,以接触并测量细胞膜内部的电位变化。这个玻璃微电极的端非常细,不会对细胞膜产生太大的干扰。通过膜片钳技术,科学家可以精确地测量离子通道的活动,从而了解离子通道在细胞生理学中的作用。例如,他们可以测量离子通道在不同刺激下如何开启或关闭,以及这些变化如何影响细胞的电活动和化学信号传递。此外,膜片钳技术还可以用于研究和鉴定新的药物靶点。通过观察药物对离子通道活动的影响,科学家可以评估新药对特定疾病的zhi疗潜力。总的来说,膜片钳技术是一种非常有用的实验方法,它为我们提供了深入研究细胞膜离子通道以及药物作用机制的工具。德国膜片钳离子通道