日本单电极膜片钳专题

内面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在将微管电极轻轻提起，使其与细胞分离，电极端形成密封小泡，在空气中短暂暴露几秒钟后，小泡破裂再回到溶液中就得到“内面向外”膜片。此时膜片两侧的膜电位由固定电位和电压脉冲控制。浴槽电位是地电位，膜电位等于玻管电位的负值。如放大器的电流监视器输出是非反向的，则输出将与膜电流(Im)的负值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，继续以负压抽吸，膜片破裂再将玻管慢慢地从细胞表面垂直地提起，断端游离部分自行融合成脂质双层，此时高阻封接仍然存在。而膜外侧面接触浴槽液。这种膜片形式应测膜片电阻，并消除漏电流和电容电流。整个过程要当心是否形成囊泡。如果浴槽保持地电位水平，膜电位即与玻管电位相等。如放大器是非反向的，放大器的输出将与Im值相等。膜片钳的设计使得夹持力均匀，不会损坏薄片材料。日本单电极膜片钳专题

膜片钳技术的建立。抛光并填充玻璃管微电极，并将其固定在电极支架中。2.通过与电极支架连接的导管向微电极施加压力，直到电极浸入记录槽溶液中。3.当电极浸入溶液中时，给电极一个测量脉冲(命令电压，如5-10ms，10mV)读取电流，根据欧姆定律计算电阻。4.通过膜片钳放大器的控制键将微电极前端的连接电位调至零。这种电势差是由电极中的填充溶液和浸浴之间的不同离子成分的迁移引起的。5.用显微操作器将微电极前缘靠近直视下待记录的细胞表面，观察电流的变化，直至阻抗达到1gω以上，形成“干封”6。将静息膜电位调整到预期的钳制电压水平，这样当细胞没有钳制到零时，放大器可以从“搜索”变为“电压钳制”。日本全自动膜片钳研究膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。

    电压钳技术，是20世纪初由Cole发明，Hodgkin和Huxley完善，其设计的主要目的是为了证明动作电位的产生机制，即动作电位的峰电位是由于膜对钠的通透性发生了一过性的增大过程。但当时没有直接测定膜通透性的方法，于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性，膜电导测定的依据是电学中的欧姆定律，如膜的Na电导GNa与电化学驱动力（Em-ENa）和膜电流INa的关系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通过测量膜电流，再利用欧姆定律来计算膜电导，但是，利用膜电流来计算膜电导时，记录膜电流期间的膜电位必须保持不变，否则膜电流的变化就不能**膜电导的变化。这一条件是利用电压钳技术实现的。下张幻灯中的右边两张图是Hodgkin和Huxley在半个世纪以前利用电压钳记录的抢乌贼的动作电位和动作电位过程中的膜电流的变化图，他们的实验***证明参与动作电位的离子流由Na，k，漏（Cl）三种成分组成。并对这些离子流进行了定量分析。这一技术对阐明动作电位的本质和离子通道的的研究做出了极大的贡献。

电压钳的缺点∶电压钳技术目前主要用于巨火细胞的全细胞电流研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥其它技术不能替代的作用。但也有其致命的弱点1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细胞浆流失，破坏了细胞生理功能的完整性;2、不能测定单一通道电流。因为电压钳制的膜面积很大，包含着大量随机开放和关闭着的通道，而且背景噪音大，往往掩盖了单一通道的电流。3、对体积小的细胞（如哺乳类***元，直径在10-30μm之间）进行电压钳实验，技术上有更大的困难。由于电极需插入细胞，不得不将微电极的前列做得很细，如此细的前列致使电极阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取决于不同的充灌液）。这样大的电极阻抗不利于作细胞内电流钳或电压钳记录时在短时间（μs）内向细胞内注入电流，达到钳制膜电压或膜电流之目的。再者，在小细胞上插入的两根电极可产生电容而降低测量电压电极的反应能力。封接（seal）是膜片钳记录的关键步骤之一。

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。膜片钳技术已成为研究离子通道的"金标准"。日本全自动膜片钳离子通道

膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成，增宽了记录频带范围，提高了分辨率。日本单电极膜片钳专题

全细胞膜片钳记录(Whole-cellpatch-clamprecording)是一种早期且使用频繁的钳夹技术，相当于连续单电极电压钳夹记录，也就是说，全细胞记录类似于传统的细胞内记录，但具有更大的优势，如分辨率高、噪声低、稳定性好、细胞内成分可控等。全细胞记录技术测量一个细胞内所有通道的电流，记录过程中电极的溶液代替原生质的成分。虽然膜片钳记录技术相对于原来的单电极电压钳有了很大的进步，尤其是在单离子通道钳记录中，细胞或脑片的组织选择和实验溶液的制备仍然是非常重要的步骤。日本单电极膜片钳专题