在形成高阻抗封接后,记录实验结果之前,通常要根据实验的要求进行参数补偿,以期获得符合实际的结果。需要注意的是,应恰当设置放大器的带宽,例如10kHz,这样在电流监测端将观察不到超越此频带以外的无用信息。膜片钳实验难度大、技术要求高,要掌握有关技术和方法虽不是很困难的事,但要从一大批的实验数据中,经过处理和分析,得出有意义、有价值的结果和结论,就显得不那么容易,有许多需要注意和考虑的问题,包括减少噪音,避免电极前端的污染,提高封接成功率,具体实验过程中还需要考虑如何选取记录模式,为记录特定离子电流如何选择电极内、外液,如何选择阻断剂、激动剂,如何进行正确的数据采集等许多更为复杂的问题,还需在科研实践中不断地探索和解决。电压钳技术的主要在于将膜电位固定在指令电压的水平,这样才能研究在给定膜电位下膜电流随时间的变化关系。进口全自动膜片钳解决方案
膜片钳技术的建立1.抛光及填充好玻璃管微电极,并将它固定在电极夹持器中。2.通过一个与电极夹持器连接的导管给微电极内一个压力,一直到电极浸入记录槽溶液中。3.当电极浸没在溶液中时给电极一个测定脉冲(命令电压,如5-10ms,10mV)读出电流,按照欧姆定律计算电阻。4.通过膜片钳放大器的控制键将微电极前列的连接电位(junctionpotentials)调至零位,这种电位差是由于电极内填充溶液与浸浴液不同离子成分的迁移造成的。5.用微操纵器将微电极前列在直视下靠近要记录的细胞表面,并观察电流的变化,直至阻抗达到1GΩ以上形成"干兆封接"6.调整静息膜电位到期望的钳位电压的水平,使放大器从"搜寻"转到"电压钳"时细胞不至于钳位到零。日本全细胞膜片钳市场价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。
离子通道结构研究∶目前,绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构,在这方面,美国的二位科学家彼得·阿格雷和罗德里克'麦金农做出了一些开创性的工作,他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构,二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本 PPT的重点,可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonic Channels Of Excitable Membranes 》。对离子通道功能的研究,主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能,目前有如下两种技术:电压钳技术(Voltage Clamp),膜片钳(patch clamp)技术。
膜片钳技术∶从一小片(约几平方微米)膜获取电子学方面信息的技术,即保持跨膜电压恒定——电压钳位,从而测量通过膜离子电流大小的技术。通过研究离子通道的离子流, 从而了解离子运输、信号传递等信息。基本原理:利用负反馈电子线路,将微电极前列所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上,对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察,从而研究其功能。研究离子通道的一种电生理技术,是施加负压将玻璃微电极的前列(开口直径约1μm)与细胞膜紧密接触,形成高阻抗封接,可以精确记录离子通道微小电流。能制备成细胞贴附、内面朝外和外面朝内三种单通道记录方式,以及另一种记录多通道的全细胞方式。膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成,由于高阻封接使背景噪声水平**降低,相对地增宽了记录频带范围,提高了分辨率。另外,它还具有良好的机械稳定性和化学绝缘性。而小片膜的孤立使对单个离子通道进行研究成为可能。全细胞膜片钳记录是应用较早,也是普遍的钳位技术。
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启动的单通道离子电流,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。封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。日本膜片钳离子通道
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。进口全自动膜片钳解决方案
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(0.1μs)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。进口全自动膜片钳解决方案
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