黄山神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳技术——打开细胞电生理之门：定义：膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”，是一种基于电工学和电化学原理的分析手段，可以通过检测细胞的电信号(电生理性质)来研究化学物质、电、机械力等刺激因素对细胞功能的影响，从而帮助揭示细胞在生命活动中的化学和生物学机制。原理：膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极与细胞膜的高阻封接，在电极笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就替代单一离子通道电流。膜片钳系统有如下应用局限性：大部分的纪录对象为化细胞，而对于需要贴壁生长的大多数正常细胞。黄山神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳的数据如何处理：全细胞式膜片方式使细胞内与浴槽之间的漏流极少。电极本身阻抗(1~10mω)与细胞封接后的阻抗相比较低,这种低接触阻抗使单管电压钳容易实现。电极管内与细胞之间弥散交换与平衡快,因而容易控制细胞内液的成分。细胞钳记录的是许多通道的平均电流,有利于综合分析。如果有目的地将膜电位钳制在某一程度,可做到选择性抑制某些通道的活性而只记录某种通道电流的总和,并可在同一细胞上观察几种不同通道的情况。通过改变内部介质,如改变电极液成分,或在电极液中加入所需药物,通过渗透很快改变胞浆成分并达到平衡,该手段在全细胞记录中广泛应用。绍兴全自动离子通道研究方案膜片钳技术是一种记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上离子通道分子活动的技术。

膜片钳使用的基本方法是，把经过加热抛光的玻璃微电极在液压推进器的操纵下，与清洁处理过的细胞膜形成高阻抗封接，导致电极内膜片与电极外的膜在电学上和化学上隔离起来，由于电性能隔离与微电极的相对低电阻（1～5MΩ），只要对微电极施以电压就能对膜片进行钳制，从微电极引出的微小离子电流通过高分辨、低噪声、高保真的电流-电压转换放大器输送至电子计算机进行分析处理。膜片钳技术实现的关键是建立高阻抗封接，并能通过特定的记录仪器反映这些变化，因而，膜片钳实验室除了一般电生理实验所需的仪器外，还特需防震工作台、屏蔽罩、膜片钳放大器、三维液压操纵器、倒置显微镜、数据采集卡、数据记录和分析系统等。

膜片钳记录的几种形式：全细胞记录构型(whole-cell recording)　高阻封接形成后，继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂，电极胞内液直接相通，而与浴槽液绝缘，这种形式称为“全细胞”记录。它既可记录膜电位又可记录膜电流。其中膜电位可在电流钳情况下记录，或将玻管连到标准高阻微电极放大器上记录。在电压钳条件下记录到的大细胞全细胞电流可达nA级，全细胞钳的串联电阻(玻管和细胞内部之间的电阻)应当补偿。任何流经膜的电流均流经这一电阻，所引起的电压降将使玻管电压不同于细胞内的真正电位。电流愈大，愈需对串联电阻进行补偿。膜片钳使用的注意事项：非必须用到汞灯时请不要打开汞灯电源，打开后至少需1个小时才可关闭。

膜片钳记录的几种形式：内面向外膜片(inside-out patch)　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-side patch)　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。膜片钳系统有如下应用局限性：大部分是工具细胞如化细胞。黄山神经生物学膜片钳技术原理及步骤

在大多数膜片钳实验，要求所有实验仪器及设备均具有良好的机械稳定性。黄山神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳的数据如何处理：穿孔膜片(perforated patch)是为克服常规全细胞模式的胞质渗漏问题,有学者将与离子亲和的制霉菌素或二性霉素b经微电极灌流到含有类甾醇的细胞膜上,形成只允许一价离子通过的孔,用此法在膜片上做很多导电性孔道,借此对全细胞膜电流进行记录。由于此模式的胞质渗漏极为缓慢,局部串联阻抗较常规全细胞模式高,所以钳制速度很慢,也称为缓慢全细胞模式。它适合于小细胞的电压钳位,对于直径大于30μm的细胞很难实现钳位。不足之处是由于电极与细胞间交换快,细胞内环境很容易破坏,因此记录所用的电极液应与胞浆主要成分相同,如高k+,低na+和ca2+及一定的缓冲成分和能量代谢所需的物质。黄山神经生物学膜片钳技术原理及步骤

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