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(jié)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(guī)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。為了獲得較好的"千兆歐封接",細胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細胞,細胞的大小也是成功記錄的個因素,一般選擇10-20um的細胞比較理想。浸溶細胞溶液和微電極玻璃管內的填充液成分對全細胞膜片鉗記錄也是很重要的內容。日本單通道膜片鉗廠家
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1946年,凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極,并記錄了骨骼肌的電活動。玻璃微電極的應用使的電生理研究進行了重命性的變化。Voltageclamp(電壓鉗技術)由Cole和Marmont發(fā)明,并很快由Hodgkin和Huxley完善,真正開始了定量研究,建立了H一H模型(膜離子學說),是近代興奮學說的基石。1948年,Katz利用細胞內微電極技術記錄到了終板電位;1969年,又證實N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放,獲1976年Nobel獎。1976年,德國的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp(膜片鉗)。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。日本雙電極膜片鉗蛋白質分子水平脂質層電導很低,由于雙分子層的結構特點,形成了細胞的膜電容,通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導的數值。
膜片鉗技術發(fā)展至今,已經成為現代細胞電生理的常規(guī)方法,它不僅可以作為基礎生物醫(yī)學研究的工具,而且直接或間接為臨床醫(yī)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(yī)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(fā)、藥物篩選中顯示了強勁的生命力。
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。根據不同的研究目的,可制成不同的膜片構型。(1)細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經加熱拋光的微管電極置于清潔的細胞膜表面上,形成高阻封接,在細胞膜表面隔離出一小片膜,既而通過微管電極對膜片進行電壓鉗制,分辨測量膜電流,稱為細胞貼附膜片。由于不破壞細胞的完整性,這種方式又稱為細胞膜上的膜片記錄。此時跨膜電位由玻管固定電位和細胞電位決定。因此,為測定膜片兩側的電位,需測定細胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動看,這種形式的膜片是極穩(wěn)定的,因細胞骨架及有關代謝過程是完整的,所受的干擾小。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術與RT-PCR技術結合起來運用。
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(tài)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(tài)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(jié)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(wěn)定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準備資料收集和脈沖序列的測定。膜片鉗技術的建立,對生物學科學特別是神經科學是一資有重大意義的變革。雙電極膜片鉗研究
膜片鉗記錄技術與較早的單電極電壓鉗位相比進步了很多,尤其在單離子通道鉗位記錄方面。日本單通道膜片鉗廠家
膜片鉗技術本質上也屬于電壓鉗范疇,兩者的區(qū)別關鍵在于:①膜電位固定的方法不同;②電位固定的細胞膜面積不同,進而所研究的離子通道數目不同。電壓鉗技術主要是通過保持細胞跨膜電位不變,并迅速控制其數值,以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來研究整個細胞膜或一大塊細胞膜上所有離子通道活動。目前電壓鉗主要用于巨大細胞的全性能電流的研究,特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術不能替代的作用。該技術的主要缺陷是必須在細胞內插入兩個電極,對細胞損傷很大,在小細胞如元,就難以實現,又因細胞形態(tài)復雜,很難保持細胞膜各處生物特性的一致。日本單通道膜片鉗廠家
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