德国脑片膜片钳细胞功能特性

膜片钳放大器的工作模式；(1)电压钳制模式: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，如通道电流；EPSC；IPSC等电流信号它是膜片钳的基本工作模式。(2)屯留钳向细胞注入刺激电流，记录膜电位对刺激电流的响应。记录的是动作电位，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沿与细胞膜之间形成高阻(10GΩ)密封，使与电极前开口相连的细胞膜与周围环境电隔离，通过施加指令电压来钳制膜电位。封接（seal）是膜片钳记录的关键步骤之一。德国脑片膜片钳细胞功能特性

电压钳技术是由科尔发明的，并在20世纪初由霍奇金和赫胥黎完善。其设计的主要目的是证明动作电位的产生机制，即动作电位的峰值电位是由于膜对钠的通透性瞬间增加。但当时还没有直接测量膜通透性的方法，所以用膜电导来测量离子通透性。膜电导测量的基础是电学中的欧姆定律，如膜Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)的关系，膜电流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通过测量膜电流，然后利用欧姆定律来计算膜电导。然而，膜电导可以通过使用膜电流来计算。这个条件是通过电压钳技术实现的。下一张幻灯片中右边的两张图显示了squid的动作电位和动作电位过程中膜电流的变化，这是霍奇金和赫胥黎在半个世纪前用电压钳记录的。他们的实验证明了参与动作电位的离子电流由三种成分组成:Na、K、Cl。对这些离子流进行了定量分析。这项技术为阐明动作电位的本质和离子通道的研究做出了巨大贡献。芬兰双电极膜片钳参数离子通道研究，从膜片钳开始，开启科学探索之旅！

    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。

不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如PopulationPatchClamp技术∶同SealChip技术一样，完全摒齐了玻璃电极，而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室，每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时，每个小室中封接成功的细胞|数目较多，获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此，不同小室其通道电流的一致性非常好，变异系数很小。美国Axon（MDS）公司采用这一技术研发出了全自动高通量的lonWorksQuattro系统，成为药物初期筛选的金标准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。

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。NatureMethods杂志将此技术评为"Methodoftheyear2010"[19]；美国麻省理工学院科技评述（MITTechnologyReview，2010）在其总结性文章"Theyearinbiomedicine"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。全细胞膜片钳记录是应用较早，也是普遍的钳位技术。日本单电极膜片钳单细胞

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。德国脑片膜片钳细胞功能特性

对电极持续施加一个1mV、10～50ms的阶跃脉冲刺激，电极入水后电阻约4～6MΩ，此时在计算机屏幕显示框中可看到测试脉冲产生的电流波形。开始时增益不宜设得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器饱和。由于细胞外液与电极内液之间离子成分的差异造成了液结电位，故一般电极刚入水时测试波形基线并不在零线上，须首先将保持电压设置为0mV，并调节“电极失调控制“使电极直流电流接近于零。用微操纵器使电极靠近细胞，当电极前列与细胞膜接触时封接电阻指示Rm会有所上升，将电极稍向下压，Rm指示会进一步上升。通过细塑料管向电极内稍加负压，细胞膜特性良好时，Rm一般会在1min内快速上升，直至形成GΩ级的高阻抗封接。一般当Rm达到100MΩ左右时，电极前列施加轻微负电压(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此时的现象是电流波形再次变得平坦，使电极超极化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。为证实GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，从而可以观察到除脉冲电压的首尾两端出现电容性脉冲前列电流之外，电流波形仍呈平坦状。德国脑片膜片钳细胞功能特性