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膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區分離子通道的離子選擇性、同時可發現新的離子通道及亞型，并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上進一步計算出細胞膜上的通道數和開放概率，還可以用以研究某些胞內或胞外物質對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于離子通道分子結構與生物學功能關系的研究。利用膜片鉗技術還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術通過記錄煙堿誘發電流，可直觀地反映出神經元煙堿受體活動的全過程，包括...

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應的通道跨膜擴散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態下，對相應離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態不僅是通道處于關閉狀態，而且只有在經過一個額外刺激使通道從失活關閉狀態進入靜息關閉狀態后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產生細胞生物電現象，與細胞興奮性相關。2.神經遞質的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關，某些先天...

這一設計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經驗的科研工作者，記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發現了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當筆者問他們放大器和數模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。全自動膜片鉗技術采用的標本必須是懸浮細胞，像腦片這類標本無法采用。芬蘭膜片鉗電流鉗制1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離...

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科--電生理學。膜片鉗技術已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經遞質（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結合，引起蛋白構像的改變，導致通道的打開。玻璃微電極的應用使的電生理研究進行了重命性的變化。日本雙電極膜片鉗參數在大多數膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器...

膜片鉗技術是1976年由諾貝爾獎得主Neher和Sakmann發展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用將細胞水平和分子水平的生理學研究聯系在一起，已成為現代細胞電生理研究的常規方法，廣泛應用于生物、生理、病理、藥理、神經科學、植物和微生物等領域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術點燃了細胞和分子水平的生理學研究的**之火,與基因克隆技術(genecloning)并駕齊驅,給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。鈣成像技術被廣泛應用于實時監測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經以及多種細胞活動為直接的手段，現已發展為生命科...

膜片鉗放大器是整個實驗系統中的主要，它可用來作單通道或全細胞記錄，其工作模式可以是電壓鉗，也可以是電流鉗。從原理來說，膜片鉗放大器的探頭電路即I-V變換器有兩種基本結構形式，即電阻反饋式和電容反饋式，前者是一種典型的結構，后者因用反饋電容取代了反饋電阻，降低了噪聲，所以特別適合較低噪聲的單通道記錄。由于供膜片鉗實驗的專門的計算機硬件及相應的軟件程序的相繼出現，使得膜片鉗實驗操作簡便、效率提高。如與EPC-9型膜片鉗放大器（內含ITC-16數據采集/接口卡）配套使用的軟件PULSE/PULSEFIT，它既可產生刺激波形，控制數據采集，又可分析數據，同時具有用于膜電容監測的鎖相放大器，多種軟件功能...

在大多數膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設備均具有良好的機械穩定性，以使微電極與細胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網制成，接地以防止周圍環境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統的主要光學部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現聚焦，具有較好的機械穩定性。視頻監視器主要是用來監視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數（如封接阻抗）與細胞的形態對應，以實現良好的封接。對離子通道功能的研究，主要采用...

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細胞內外物質交換的孔道，當通道開放時。細胞內外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經通道順濃度梯度或電位梯度進行跨膜擴散，從而形成這些帶電離子在膜內外的不同分布態勢，這種態勢和在不同狀態下的動態變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎。這些無機離子通過離子通道的進圍所產生的電活動是生命活動的基礎，只有在此基礎上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達、新陳代謝等生命活動。離子通道結構和功能障礙決定了許多疾病的發生和發展。因此，了解離子通道的結構、功能以及結構與功能的關系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發現特異...

ePatch雖然設備非常小巧，但功能完備，傳統膜片鉗設備能做的實驗，用ePatch幾乎都能做。具有voltage-clamp，current-clamp，zero current-clamp三種模式，自動電極電壓飄移補償，C-fast-C-slow-R-series-P/N補償，Bridge balance補償等功能。可以做全細胞記錄也可以做單通道記錄，膜片鉗技術常做的離子通道電流，突觸后電流，動作電位檢測等實驗都能輕松實現。公司還為此開發了友好的控制和記錄軟件，筆者上手接觸了一下，發現跟AXON的軟件類似，并且程序編輯更為簡單易用。所記錄到的數據可以直接使用Clampfit進行分析，可以說對...

這一設計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經驗的科研工作者，記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發現了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當筆者問他們放大器和數模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。細胞膜由脂類雙分子層和和蛋白質構成。德國單通道膜片鉗離子通道膜片鉗技術是1976年由諾貝爾獎得主Neher和Sakmann發展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用將細胞水平和分...

全細胞記錄構型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后，繼續以負壓抽吸使電極管內細胞膜破裂，電極胞內液直接相通，而與浴槽液絕緣，這種形式稱為“全細胞”記錄。它既可記錄膜電位又可記錄膜電流。其中膜電位可在電流鉗情況下記錄，或將玻管連到標準高阻微電極放大器上記錄。在電壓鉗條件下記錄到的大細胞全細胞電流可達nA級，全細胞鉗的串聯電阻(玻管和細胞內部之間的電阻)應當補償。任何流經膜的電流均流經這一電阻，所引起的電壓降將使玻管電壓不同于細胞內的真正電位。電流愈大，愈需對串聯電阻進行補償。全細胞鉗應注意細胞必需合理的小到其電流能被放大器測到的范圍(25～50nA)。減少...

膜片鉗技術的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導管給微電極內一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調至零位，這種電位差是由于電極內填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋...

膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區分離子通道的離子選擇性、同時可發現新的離子通道及亞型，并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上進一步計算出細胞膜上的通道數和開放概率，還可以用以研究某些胞內或胞外物質對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于離子通道分子結構與生物學功能關系的研究。利用膜片鉗技術還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術通過記錄煙堿誘發電流，可直觀地反映出神經元煙堿受體活動的全過程，包括...

膜片鉗技術發展至今，已經成為現代細胞電生理的常規方法，它不僅可以作為基礎生物醫學研究的工具，而且直接或間接為臨床醫學研究服務。目前膜片鉗技術廣泛應用于神經（腦）科學、心血管科學、藥理學、細胞生物學、病理生理學、中醫藥學、植物細胞生理學、運動生理等多學科領域研究。隨著全自動膜片鉗技術（Automaticpatchclamptechnology）的出現，膜片鉗技術因其具有的自動化、高通量特性，在藥物研發、藥物篩選中顯示了強勁的生命力。在細胞膜的電興奮過程中，脂質層膜電容的反應是被動的，其電流電壓曲線是線性的。全自動膜片鉗電壓鉗制鈣成像技術被廣泛應用于實時監測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化...

在心血管藥理研究中的應用，隨著膜片鉗技術在心血管方面的廣泛應用，對血管疾病和藥物作用的認識不僅得到了不斷更新，而且在其病因學與藥理學方面還形成了許多新的觀點。正如諾貝爾基金會在頒獎時所說：“Neher和Sadmann的貢獻有利于了解不同疾病機理，為研制新的更為的藥物開辟了道路”。創新藥物研究與高通量篩選，目前在離子通道高通量篩選中主要是進行樣品量大、篩選速度占優勢、信息量要求不太高的初級篩選。近幾年，分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎的兩大主流技術市場。將電生理研究信息量大、靈敏度高等特點與自動化、微量化技術相結合，產生了自動化膜片鉗等一些新技術。膜片鉗技術的建立，對生物學科學特別是神經科學是...

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創性研究。在1902年，Bernstein創造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發明了電壓鉗位（voltage clamp technique）...

膜片鉗技術是神經科學領域非常重要的一項技術，1976年由國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發明，從而在活細胞上記錄到單個離子通道的電流。近半個世紀來，膜片鉗技術已經成為神經科學領域較常用也是較實用的技術之一，具有極大的精確性和靈活性，能夠揭示離子通道，單細胞突觸反應，及神經環路連接等多層次的電生理特性。做過膜片鉗的人都知道，膜片鉗的信號采集設備一般由前置放大器，放大器，模數/數模轉換器等構成，神經元電信號先通過前置放大器（headstage）初步放大，后傳輸入放大器進一步放大，再傳入模數轉換器轉化為數字信號，后被計算機采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個信...

鈣成像技術被廣泛應用于實時監測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經以及多種細胞活動為直接的手段，現已發展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領域。光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學...

資料分析：一般電學性質∶通過I/V關系計算得到單通道電導，觀察通道有無整流。通過離子選擇性、翻轉電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動力學分析∶開放時間、開放概率、關閉時間、通道的時間依賴性失活、開放與關閉類型（簇狀猝發，Burst）樣開放與閃動樣短暫關閉（flickering），化學門控性通道的開、關速率常數等數據。藥理學研究∶研究的藥物，阻斷劑、激動劑或其它調制因素對通道活動的影響情況。綜合分析得出結淪。膜片鉗技術實現了小片膜的孤立和高阻封接的形成，增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。日本全自動膜片鉗研究高阻封接問題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現了研究通道電流的多種膜片鉗方式...

現在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個表面，由于細胞電信號在被電極記錄到后，直接進入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號轉變成了數字信號，在很大程度上減少了環境及電路噪音對信號的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質量且穩定的電生理信號。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設備的大小只相當于傳統膜片鉗設備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無需額外電源，連接和使用都極為簡便。沒有了占地方的放大器，數模轉換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們...

鈣成像技術被廣泛應用于實時監測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經以及多種細胞活動為直接的手段，現已發展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領域。光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學...

在形成高阻抗封接后，記錄實驗結果之前，通常要根據實驗的要求進行參數補償，以期獲得符合實際的結果。需要注意的是，應恰當設置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術要求高，要掌握有關技術和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實驗數據中，經過處理和分析，得出有意義、有價值的結果和結論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內、外液，如何選擇阻斷劑、激動劑，如何進行正確的數據采集等許多更為復雜的問題，還需在科研...

把膜電位鉗位電壓調到-80--100mV，再用鉗位放大器的控制鍵把全細胞瞬態充電電流調定至零位（EPC-10的控制鍵稱為C-slow和C-series;Axopatch200標為全細胞電容和系列電阻）。寫下細胞的電容值Cc和未補整的系列電阻值Rs，用于消除全細胞瞬態電流，計算鉗位的固定時間（即RsCc），然啟根據歐姆定律從測定脈沖電流的振幅算出細胞的電阻RC。緩慢調節Rs旋鈕注意測定脈沖反應的變化，逐漸增加補整的比例。如果RS補整非常接近振蕩的閾值，RS或Cc的微細變化都會達到震蕩的閾值，產生電壓的振蕩而使細胞受損。因此應當在RS補整水平寫不穩定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準備資料...

資料分析：一般電學性質∶通過I/V關系計算得到單通道電導，觀察通道有無整流。通過離子選擇性、翻轉電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動力學分析∶開放時間、開放概率、關閉時間、通道的時間依賴性失活、開放與關閉類型（簇狀猝發，Burst）樣開放與閃動樣短暫關閉（flickering），化學門控性通道的開、關速率常數等數據。藥理學研究∶研究的藥物，阻斷劑、激動劑或其它調制因素對通道活動的影響情況。綜合分析得出結淪。全細胞膜片鉗記錄是應用較早，也是普遍的鉗位技術。日本細胞膜片鉗離子電流1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經軸突細胞內實現細胞內電記錄，獲1963年Nobel獎194...

20世紀初由Cole發明，Hodgkin和Huxleyw完善，目的是為了證明動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發生了一過性的增大過程。但當時沒有直接測定膜通透性的辦法，于是就用膜對某種離子的電導來**該種離子的通透性。 為了弄清膜電導變化的機制和離子通道的存在，也為了克服電壓鉗的缺點Erwin和Bert在電壓鉗的基礎上發明了膜片鉗，并利用該技術***在蛙肌膜上記錄到PA級的乙酰膽堿激動的單通道電流，***證明了離子通道的存在。并證明在完整細胞膜上記錄到膜電流是許多單通道電流總和的結果。這一技術被譽為與分子克隆技術并駕齊驅的劃時代的偉大發明。二人因此獲得諾貝爾生理或醫學獎。 脂質層電...

一、記錄設備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設備是實驗前的重要步驟，如用模型細胞測定電子設備、安裝并測試應用軟件、調節光學顯微鏡、檢驗防震工作臺等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。標準的毛細玻璃管（外經1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細胞記錄則應選管壁較薄（0.16mm）的毛細玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術封接（seal）是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細胞膜電信號的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進行常規記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當的電極鍍膜...

在形成高阻抗封接后，記錄實驗結果之前，通常要根據實驗的要求進行參數補償，以期獲得符合實際的結果。需要注意的是，應恰當設置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術要求高，要掌握有關技術和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實驗數據中，經過處理和分析，得出有意義、有價值的結果和結論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內、外液，如何選擇阻斷劑、激動劑，如何進行正確的數據采集等許多更為復雜的問題，還需在科研...

電壓鉗技術，是20世紀初由Cole發明，Hodgkin和Huxley完善，其設計的主要目的是為了證明動作電位的產生機制，即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發生了一過性的增大過程。但當時沒有直接測定膜通透性的方法，于是就用膜對某種離子的電導來**該種離子的通透性，膜電導測定的依據是電學中的歐姆定律，如膜的Na電導GNa與電化學驅動力（Em-ENa）和膜電流INa的關系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測量膜電流，再利用歐姆定律來計算膜電導，但是，利用膜電流來計算膜電導時，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導的變化。這一條件是利用電壓鉗技術實現的。下張...

ePatch的設計的一些亮點還包括：可以在軟件中伴隨數據進行實驗記錄，你不用再專門拿一個實驗記錄本了，也不用再擔心本本上記錄的內容找不到對應的數據了，系統會把他們一一對應起來。電壓電流刺激模式的編輯更為傻瓜，眾多的模塊，直接拖拽就可以，還伴隨著示例圖，讓你對你編輯的程序一目了然。實時的全細胞參數估算，包括封接電阻，膜電容，膜電阻等重要參數強大的在線分析功能，包括電壓鉗模式下的I/V graph，event detection，FFT，以及電流鉗模式下的AP threshold detection，AP frequency，AP slope等數據可保存成多種格式，你要是個程序達人，可以支持使用M...

與藥物作用有關的心肌離子通道，心肌細胞通過各種離子通道對膜電位和動作電位穩態的維持而保持正常的功能。近年來，國外學者在人類心肌細胞離子通道特性的研究中取得了許多進展，使得心肌藥理學實驗由動物細胞模型向人心肌細胞成為可能。對離子通道生理與病理情況下作用機制的研究，通過對各種生理或病理情況下細胞膜某種離子通道特性的研究，了解該離子的生理意義及其在疾病過程中的作用機制。如對鈣離子在腦缺血神經細胞損害中作用機制的研究表明，缺血性腦損害過程中，Ca2+介導現象起非常重要的作用，缺血缺氧使Ca2+通道開放，過多的Ca2+進入細胞內就出現Ca2+超載，導致神經元及細胞膜損害，膜轉運功能障礙，嚴重的可使神經元...