全自动膜片钳

膜片钳技术是当前研究细胞膜电流及离子通道的蕞重要的技术。从技术层面来解释的话，膜片钳技术(patchclamp)是指利用钳制电压或者电流的方法(通常为钳制电压)来记录细胞膜离子通道电活动的微电极技术。膜片钳技术的原理为：使用一个一头尖一头粗的锥状玻璃管，管中设有微电极，管的前列直径约1.5~3.0μm，通过负压吸引使前列口与细胞膜形成千兆欧姆级的阻抗封接，前列口内的细胞膜区域与周围其他区域形成了电学分隔，然后人工钳制此片区域细胞膜的电位，即可达到对膜片上离子通道电流的监测与记录。一些学者建立了组织切片膜片钳技术（Slicepatch），就能在哺乳动物脑片制备上做全细胞记录。全自动膜片钳

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在记录电极内施加负压吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低记录噪声，实现了单根电极既钳制膜电位又记录单通道电流。获1991年Nobel奖。1955年，Hodgkin和Keens应用电压钳（Voltageclap）在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞的运动，并提出了"通道"的概念。1963年，描述电压门控动力学的Hodgkin-Hx上模型（简称H-H模型）荣获谱贝尔医学/生理学奖。1976年，Neher和Sakmann建立膜片钳（Patchclamp）按术。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一书问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片铺技术荣获诺贝尔医学/生理学奖。可升级膜片钳技术维持细胞正常形态和功能完整性。

膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术，1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明，从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来，膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一，具有极大的精确性和灵活性，能够揭示离子通道，单细胞突触反应，及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道，膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器，放大器，模数/数模转换器等构成，神经元电信号先通过前置放大器（headstage）初步放大，后传输入放大器进一步放大，再传入模数转换器转化为数字信号，后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信号传输路径。

ePatch的一些设计亮点还包括:可以在软件中用数据记录实验，不用带专门的实验笔记本，也不用担心这个笔记本上记录的内容找不到对应的数据，系统会一一对应。电压电流刺激模式的编辑就更蠢了。很多模块可以直接拖拽，并配有样图，让你对自己编辑的程序一目了然。实时全电池参数估计，包括强大的密封电阻、膜电容、膜电阻等重要参数在线分析功能，包括电压钳模式下的I/Vgraph、eventdetection、FFT，电流钳模式下的APthresholddetection、APfrequency、APslope等数据可以多种格式保存。如果你是程序员，可以支持使用Matlab进行数据分析。如果没有这样的经历，就没有问题。数据可以保存为Clampfit，以便直接分析。膜片钳放大器系统包括三个成分：膜片钳放大器、数模模数转换器、采集分析软件，我们俗称三件套。

    离子通道是一种特殊的膜蛋白，它横跨整个膜结构，是细胞内部与部外联系的桥梁和细胞内外物质交换的孔道，当通道开放时。细胞内外的一些无机离子如Na，kCa等带电离子可经通道顺浓度梯度或电位梯度进行跨膜扩散，从而形成这些带电离子在膜内外的不同分布态势，这种态势和在不同状态下的动态变化是可兴奋细胞静息电位和动作电的基础。这些无机离子通过离子通道的进围所产生的电活动是生命活动的基础，只有在此基础上才可能有腺体分泌、肌肉收缩、基因表达、新陈代谢等生命活动。离子通道结构和功能障碍决定了许多疾病的发生和发展。因此，了解离子通道的结构、功能以及结构与功能的关系对于从分子水平深入探讨某些疾病的病理生理机制、发现特异药物或措施等均具有十分重要的理论和实际意义。 离子通道探索之旅，从选择膜片钳开始！日本膜片钳离子通道

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膜片钳技术本质上也属于电压钳范畴，两者的区别关键在于：①膜电位固定的方法不同；②电位固定的细胞膜面积不同，进而所研究的离子通道数目不同。电压钳技术主要是通过保持细胞跨膜电位不变，并迅速控制其数值，以观察在不同膜电位条件下膜电流情况。因此只能用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道活动。目前电压钳主要用于巨大细胞的全性能电流的研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥着其他技术不能替代的作用。该技术的主要缺陷是必须在细胞内插入两个电极，对细胞损伤很大，在小细胞如元，就难以实现，又因细胞形态复杂，很难保持细胞膜各处生物特性的一致。全自动膜片钳