膜片钳放大器的工作模式;(1)电压钳模式∶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,记录的是诸如通道电流;EPSC;IPSC等电流信号。是膜片钳的基本工作模式.(2)屯流钳素向细胞内注入刺激电流,记录膜电位对刺激电流的反应。记录的是诸如动作电位,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列边缘与细胞膜之间形成高阻(10GΩ )密封,使电极前列开口处相接的细胞膜片与周围环境在电学上隔离,并通过外加命令电压钳制膜电位。浸溶细胞溶液和微电极玻璃管内的填充液成分对全细胞膜片钳记录也是很重要的内容。双分子层膜片钳系统
膜片钳技术原理: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(见右图),由于电极前列与细胞膜的高阻封接,在电极前列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,就单一离子通道电流膜片钳技术的建立,对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。这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。些技术的出现自然将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起,同时又将神经科学的不同分野必然地融汇在一起,改变了既往各个分野互不联系、互不渗透,阻碍人们较全认识能力的弊端。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。美国全细胞膜片钳产品介绍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。
Flip-Tip翻转技术、将一定密度的细胞悬液灌注在玻璃电极中,下降到电极前列的单个细胞通过在电极外施加负压可以与玻璃电极前列形成稳定的高阻封接,打破露在玻璃电极前列开口外的细胞膜就形成了全细胞记录模式。德国Flyion公司的Flyscreen8500系统采用的就是这一技术,其通量比较高为6,即一次可同时记录6个细胞。它的***特点是∶(1)仍然采用玻璃毛坯作为电极 (2)药物施加微量、快速。
SealChip技术;完全摒弃了玻璃电极,而是采用SealChip平面电极芯片一定密度的细胞悬液灌注在芯片上面,随机下降到芯片上约1-2μm的孔上并在自动负压的吸引下形成高阻封接,打破孔下面 的细胞膜形成全细胞记录模式。采用这一技术的美国Axon (MDS)公司的 PatchXpress 7000A系统是高通量全自动膜片钳技术的典范,是离子通道药物研发的**性工具,在国外实验室和制药厂***用于 hERG通道药理学的研究。其通量比较高为16,即一次可同时记录16个细胞同时,其药物施加微量、快速,不仅用于药物筛选,还大量用于离子通道的基础研究。
一、记录设备首先,尽可能完善膜片钳记录设备是实验前的重要步骤,如用模型细胞测定电子设备、安装并测试应用软件、调节光学显微镜、检验防震工作台等。二、微电极的制备膜片钳电极是用外径为1-2mm的毛细玻璃管拉制成的。标准的毛细玻璃管(外经1.5mm,管壁厚0.3mm)适合于制作单通道记录的微电极,而全细胞记录则应选管壁较薄(0.16mm)的毛细玻璃管,这样可以使电极阻抗较低。三、封接(Sealing)技术封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。封接不好噪声太大必然影响细胞膜电信号的记录,一般要求封接阻抗至少20GΩ才可进行常规记录。为了形成良好封接必须保持清洁的溶液、良好的视野以及适当的电极镀膜。为了获得较好的"千兆欧封接",细胞表面必须裸露以便微电极前列能接触细胞,细胞的大小也是成功记录的个因素,一般选择10-20um的细胞比较理想。在细胞膜的电兴奋过程中,脂质层膜电容的反应是被动的,其电流电压曲线是线性的。
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。膜片钳技术已成为研究离子通道的"金标准"。美国脑片膜片钳多少钱
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。双分子层膜片钳系统
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)。 双分子层膜片钳系统
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