膜片钳放大器的工作模式;(1)电压钳制模式:在钳制细胞膜电位的基础上改变膜电位,记录离子通道电流的变化,如通道电流;EPSC;IPSC等电流信号它是膜片钳的基本工作模式。(2)屯留钳向细胞注入刺激电流,记录膜电位对刺激电流的响应。记录的是动作电位,EPSP;IPSP等电压信号膜片钳技术实现膜电位固定的关键是在玻璃微电极前沿与细胞膜之间形成高阻(10GΩ)密封,使与电极前开口相连的细胞膜与周围环境电隔离,通过施加指令电压来钳制膜电位。在细胞膜的电学模型中,膜电容和膜电导构成了一个并联回路。芬兰细胞膜片钳电生理工具
1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时,记录到ACh的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O的负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),明显降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进,引进了膜片游离技术和全细胞记录技术,从而使该技术更趋完善,具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出贡献,荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。美国全细胞膜片钳离子通道由于膜片钳检测的是PA级的微电流信号,因此需要特殊的放大器及模数转换器。
膜片钳技术的创立取代了电压钳技术,是细胞电生理研究的一个飞跃,使得离子通道的研究,从宏观深入到微观,使昔日的“肉汤生理学(brothphysiology)”与“闪电生理学(lightningphysiology)”在分子水平上结合起来,使人们对膜通道的认识耳目一新。当前,生理学、生物物理学、生物化学、分子生物学和药理学等多种学科正在把膜片钳技术和膜通道蛋白重组技术、同位素示踪技术和光谱技术等非电生理技术结合起来,协同对离子通道进行较全的研究。不少实验室已经将基因工程与膜片钳技术结合起来,把通道蛋白有目的地重组于人工膜中进行研究。设想将合成的通道蛋白分子接种入机体以替换有缺陷和异常的通道的功能而达到的目的。
不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如PopulationPatchClamp技术∶同SealChip技术一样,完全摒齐了玻璃电极,而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室,每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时,每个小室中封接成功的细胞|数目较多,获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此,不同小室其通道电流的一致性非常好,变异系数很小。美国Axon(MDS)公司采用这一技术研发出了全自动高通量的lonWorksQuattro系统,成为药物初期筛选的金标准这一技术的发现和基因克隆技术并架齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。
20世纪初由Cole发明,Hodgkin和Huxleyw完善,目的是为了证明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办法,于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性。为了弄清膜电导变化的机制和离子通道的存在,也为了克服电压钳的缺点Erwin和Bert在电压钳的基础上发明了膜片钳,并利用该技术***在蛙肌膜上记录到PA级的乙酰胆碱激动的单通道电流,***证明了离子通道的存在。并证明在完整细胞膜上记录到膜电流是许多单通道电流总和的结果。这一技术被誉为与分子克隆技术并驾齐驱的划时代的伟大发明。二人因此获得诺贝尔生理或医学奖。膜片钳通常用于实验室、制造业和电子工业等领域,用于夹持薄膜、塑料薄膜、金属箔等材料。日本高通量全自动膜片钳脑片
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膜片钳是一种用于研究生物膜电生理特性的技术,它能够测量细胞膜通道和受体的电生理活动,以及药物对它们的影响。膜片钳技术的基本原理是将细胞膜的电生理活动转化为微弱电流信号,然后通过放大器和记录设备进行测量和记录。在膜片钳实验中,细胞膜被固定在钳制电极上,同时另一个电极用于刺激或记录电信号。通过这种方式,可以测量细胞膜上各种通道和受体的电生理活动,例如钠离子通道、钾离子通道、氯离子通道、钙离子通道等。膜片钳技术具有高灵敏度和高分辨率的特点,可以检测到非常微小的电流变化。此外,它还可以在单细胞水平上研究电生理活动,提供有关通道和受体功能和调节的详细信息。因此,膜片钳技术被广泛应用于神经科学、心血管药理学、药物筛选等领域。总之,膜片钳技术是一种强大的工具,用于研究生物膜电生理特性和药物对它们的影响。通过使用膜片钳技术,科学家可以更深入地了解细胞膜上通道和受体的功能和调节机制,为新药研发和疾病zhi疗提供重要的信息。芬兰细胞膜片钳电生理工具