脑片膜片钳实验操作

80年代初发展起来的膜片钳技术(patchclamptechnique)为了解生物膜离子单通道的门控动力学特征及通透性、选择性膜信息提供了直接的手段。该技术的兴起与应用，使人们不仅对生物体的电现象和其他生命现象更进一步的了解，而且对于疾病和药物作用的认识也不断的更新，同时还形成了许多病因学与药理学方面的新观点。膜片钳技术是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。它和基因克隆技术（genecloning）并架齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。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。脑片膜片钳实验操作

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。日本单通道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。

离子选择性（selectivity）（大小和电荷）∶某一种离子只能通过与其相应的通道跨膜扩散（安静∶K＞Na100倍、兴奋;Na＞K10-20倍）;各离子通道在不同状态下，对相应离子的通透性不同。门控特性（Gating）∶失活状态不仅是通道处于关闭状态，而且只有在经过一个额外刺激使通道从失活关闭状态进入静息关闭状态后，通道才能再度接受外界刺激而***开放。离子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.产生细胞生物电现象，与细胞兴奋性相关。2.神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆3.维持细胞正常形态和功能完整性膜离子通道的基因变异及功能障碍与许多疾病有关，某些先天性与后天获得性疾病是离子通道基因缺陷与功能改变的结果，称为离子通道病（ionchannelpathies）。

细胞是动物和人体的基本单元，细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的，离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科--电生理学。膜片钳技术已成为研究离子通道的黄金标准。电压门控性离子通道：膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时，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。配体门控离子通道：神经递质（如乙酰胆碱）、ji素等与通道蛋白上的特定位点结合，引起蛋白构像的改变，导致通道的打开。通过膜片钳放大器的控制键将微电极的连接电位（junction potentials）调至零位。

电压钳技术是由科尔发明的，并在20世纪初由霍奇金和赫胥黎完善。其设计的主要目的是证明动作电位的产生机制，即动作电位的峰值电位是由于膜对钠的通透性瞬间增加。但当时还没有直接测量膜通透性的方法，所以用膜电导来测量离子通透性。膜电导测量的基础是电学中的欧姆定律，如膜Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)的关系，膜电流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通过测量膜电流，然后利用欧姆定律来计算膜电导。然而，膜电导可以通过使用膜电流来计算。这个条件是通过电压钳技术实现的。下一张幻灯片中右边的两张图显示了squid的动作电位和动作电位过程中膜电流的变化，这是霍奇金和赫胥黎在半个世纪前用电压钳记录的。他们的实验证明了参与动作电位的离子电流由三种成分组成:Na、K、Cl。对这些离子流进行了定量分析。这项技术为阐明动作电位的本质和离子通道的研究做出了巨大贡献。Neher创膜片钳的膜电容检测与碳纤电极电化学检测联合运用的技术。单电极膜片钳细胞功能特性

典型的单通道电流呈一种振幅相同而持续时间不等的脉冲样变化。脑片膜片钳实验操作

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，以使微电极与细胞膜之间的相对运动尽可能小。防震工作台放置倒置显微镜和与之固定连接的微操纵器，其他设备置于台外。屏蔽罩由铜丝网制成，接地以防止周围环境的杂散电场对膜片钳放大器的探头电路的干扰。仪器设备架要靠近工作台，便于测量仪器与光学仪器配接。倒置显微镜是膜片钳实验系统的主要光学部件，它不仅具有较好的视觉效果，便于将玻璃电极与细胞的顶部接触，而且是借助移动物镜来实现聚焦，具有较好的机械稳定性。视频监视器主要是用来监视实验过程中的操作，特别是能将封接参数（如封接阻抗）与细胞的形态对应，以实现良好的封接。脑片膜片钳实验操作

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