膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

光遗传学调控技术是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物技术。Nature Methods杂志将此技术评为"Method of the year 2010"[19];美国麻省理工学院科技评述(MIT Technology Review,2010)在其总结性文章"The year in biomedicine"中指出:光遗传学调控技术现已经迅速成为生命科学,特别是神经和心脏研究领域中热门的研究方向之一。目前这一技术正在被全球几百家从事心脏学、神经科学和神经工程研究的实验室使用,帮助科学家们深入理解大脑的功能,进而为深刻认识神经、精神疾病、心血管疾病的发病机理并研发针对疾病干预和的新技术。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。进口细胞膜片钳离子电流

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对单细胞形态与功能关系的研究,将膜片钳技术与单细胞逆转录多聚酶链是反应技术结合,在全细胞膜片钳记录下,将单细胞内容物或整个细胞(包括细胞膜)吸入电极中,将细胞内存在的各种mRNA全部快速逆转录成cDNA,再经常规PCR扩增及待检的特异mRNA的检测,借此可对形态相似而电活动不同的结果做出分子水平的解释或为单细胞逆转录多聚酶链式反应提供标本,为同一结构中形态非常相似但功能不同的事实提供分子水平的解释。目前国际上掌握此技术的实验室较少,我国北京大学神经科学研究所于1994年在国内率先开展。日本可升级膜片钳高阻抗封接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。

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电压钳技术,是20世纪初由Cole发明,Hodgkin和Huxley完善,其设计的主要目的是为了证明动作电位的产生机制,即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方法,于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性,膜电导测定的依据是电学中的欧姆定律,如膜的Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)和膜电流INa的关系GNa= INa/(Em-ENa).因此可通过测量膜电流,再利用欧姆定律来计算膜电导,但是,利用膜电流来计算膜电导时,记录膜电流期间的膜电位必须保持不变,否则膜电流的变化就不能**膜电导的变化。这一条件是利用电压钳技术实现的。下张幻灯中的右边两张图是Hodgkin和Huxley在半个世纪以前利用电压钳记录的抢乌贼的动作电位和动作电位过程中的膜电流的变化图,他们的实验***证明参与动作电位的离子流由Na,k ,漏(Cl)三种成分组成。并对这些离子流进行了定量分析。这一技术对阐明动作电位的本质和离子通道的的研究做出了极大的贡献。

膜片钳技术发展历史: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。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。

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1937年,Hodgkin和Huxley在乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录,获1963年Nobel奖1946年,凌宁和Gerard创造拉制出前列直径小于1μm的玻璃微电极,并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。Voltageclamp(电压钳技术)由Cole和Marmont发明,并很快由Hodgkin和Huxley完善,真正开始了定量研究,建立了H一H模型(膜离子学说),是近代兴奋学说的基石。1948年,Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年,又证实N—M接触后的Ach以"量子式"释放,获1976年Nobel奖。1976年,德国的Neher和Sakmann发明PatchClamp(膜片钳)。并在蛙横纹肌终板部位记录到乙酰胆碱引起的通道电流。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。美国单通道膜片钳细胞功能特性

膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成。进口细胞膜片钳离子电流

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膜片钳又称单通道电流记录技术,用特制的玻璃微吸管吸附于 细胞表面,使之形成10~100的密封(giga-seal),又称巨阻封接,被孤立的小膜片面积为μm量级,内中*有少数 离子通道。然后对该膜片实行 电压钳位,可测量单个离子通道开放产生的pA(10的负12次方安培)量级的电流,这种通道开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化,可直接得到各种 离子通道开放的电流 幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量,并分析它们与 膜电位、离子浓度等之间的关系。还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来,以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对 小细胞的 电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。 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。
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