德国可升级膜片钳研究

早在膜片钳诞生之前，20世纪50~60年代，Hodgkin与Hexley便发现并使用了电压钳技术，他们通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制，并因此获得了诺贝尔生理医学奖。这也为后来膜片钳的诞生奠定了基础。于1976年，德国马克斯普朗克生物物理化学研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌细胞上，用玻璃电极吸下了一小片细胞膜，记录导了皮安级的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年，耶鲁大学医学院Sigworth等人在记录电极内增加了负压吸引，实现了10-100GΩ的高阻抗封接，使得单电极可以同时实现钳制电位和记录单通道电流。1991年，Neher与Sakmann因为对膜片钳技术的突出贡献获得了诺贝尔生理医学奖。膜片钳技术，在人类对生理学的探究中，无异于一条道路，通往了名为细胞电生理的国度。膜片钳技术也许某一天会被更便捷或更精确的技术取代，但其至今仍然是离子通道相关研究中使用蕞广的技术。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。德国可升级膜片钳研究

1937年，Hodgkin和Huxley在乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录，获1963年Nobel奖1946年，凌宁和Gerard创造拉制出前列直径小于1μm的玻璃微电极，并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。Voltageclamp（电压钳技术）由Cole和Marmont发明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正开始了定量研究，建立了H一H模型（膜离子学说），是近代兴奋学说的基石。1948年，Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年，又证实N—M接触后的Ach以"量子式"释放，获1976年Nobel奖。1976年，德国的Neher和Sakmann发明PatchClamp（膜片钳）。并在蛙横纹肌终板部位记录到乙酰胆碱引起的通道电流。芬兰全细胞膜片钳参数准确捕捉离子通道动态，膜片钳技术助您一臂之力！

与药物作用有关的心肌离子通道，心肌细胞通过各种离子通道对膜电位和动作电位稳态的维持而保持正常的功能。近年来，国外学者在人类心肌细胞离子通道特性的研究中取得了许多进展，使得心肌药理学实验由动物细胞模型向人心肌细胞成为可能。对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究，通过对各种生理或病理情况下细胞膜某种离子通道特性的研究，了解该离子的生理意义及其在疾病过程中的作用机制。如对钙离子在脑缺血神经细胞损害中作用机制的研究表明，缺血性脑损害过程中，Ca2+介导现象起非常重要的作用，缺血缺氧使Ca2+通道开放，过多的Ca2+进入细胞内就出现Ca2+超载，导致神经元及细胞膜损害，膜转运功能障碍，严重的可使神经元坏死。

膜片钳在通道研究中起着重要的作用。膜片钳技术可以直接观察和区分单个离子通道电流及其开闭时间，区分离子通道的离子选择性，同时发现新的离子通道和亚型，在记录单细胞电流和全细胞电流的基础上，进一步计算细胞膜上的通道数和开放概率。也可用于研究某些细胞内或细胞外物质对离子通道的开闭和通道电流的影响。同时用于研究细胞信号的跨膜转导和细胞分泌机制。结合分子克隆和定点突变技术，膜片钳技术可用于研究离子通道的分子结构与生物学功能的关系。膜片钳技术也可用于分析药物对其靶受体的作用位点。例如，神经元烟碱受体是配体门控离子通道，膜片钳全细胞记录技术可以通过记录烟碱诱发电流，直接反映神经元烟碱受体活动的全过程，包括受体与其激动剂和拮抗剂的亲和力、离子通道开闭的动态特征、受体的***等。用膜片钳全细胞记录技术观察拮抗剂对烟碱受体兴奋的量效曲线的影响，以确定其作用的动态特征。然后根据拮抗剂对受体***的影响分析，拮抗剂的作用是否是电压依赖性和使用依赖性的，我们可以从功能上区分拮抗剂对烟碱受体的不同作用位点，即判断拮抗剂是作用于受体的激动剂识别位点、离子通道还是其他变构位点。离子通道研究，从膜片钳开始，开启科学探索之旅！

向电极连续施加1mV、10~50ms的阶跃脉冲，电极入水后电阻约为4~6mΩ。此时，在计算机屏幕显示框中可以看到测试脉冲产生的电流波形。刚开始的时候增益不要设置太高，一般可以是1~5mV/PA，避免放大器饱和。由于细胞外液和电极液离子组成的差异导致液体接界电位，电极刚入水时测试波形的基线不在零线上。因此，需要将保持电压设置为0mV，并调整“电极不平衡控制”，使电极DC电流接近于零。当使用微操作器使电极靠近细胞时，当电极前缘接触细胞膜时，密封电阻指标Rm会上升，当电极轻微下压时，Rm指标会进一步上升。当通过细塑料管对电极施加轻微负压，且细胞膜特性良好时，Rm一般会在1min内迅速上升，直至形成Gω级高阻密封。一般在Rm达到100MΩ左右时，在电极前端施加一个轻微的负电压(-30~-30~-10mV)，有利于gω密封的形成。此时的现象是电流波形再次变平，使电极从-40到-90mV超极化，有助于加速形成密封。为了确认gωseal的形成，可以提高放大器的增益，因此可以观察到除了脉冲电压开始和结束时的容性脉冲超前电流外，电流波形仍然是平坦的。Neher将膜片钳技术与Fura 2 荧光测钙技术结合。德国双分子层膜片钳研究

早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。德国可升级膜片钳研究

膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术，1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明，从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来，膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一，具有极大的精确性和灵活性，能够揭示离子通道，单细胞突触反应，及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道，膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器，放大器，模数/数模转换器等构成，神经元电信号先通过前置放大器（headstage）初步放大，后传输入放大器进一步放大，再传入模数转换器转化为数字信号，后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信号传输路径。德国可升级膜片钳研究