鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子的變化,從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動情況。這些技術(shù)是人們觀測神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動為直接的手段,現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn),也是國家自然科學(xué)基金等鼓勵申報的重要領(lǐng)域。光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)整合了光學(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評為"Methodoftheyear2010"[19];美國麻省理工學(xué)院科技評述(MITTechnologyReview,2010)在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出:光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué),特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實(shí)驗(yàn)室使用,幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能,進(jìn)而為深刻認(rèn)識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。美國全自動膜片鉗
全細(xì)胞膜片鉗記錄(whole-cellpatch-clamprecording)是應(yīng)用*早,也是*廣的鉗位技術(shù),它相當(dāng)于連續(xù)的單電極電壓鉗位記錄,也就是說全細(xì)胞記錄類似于傳統(tǒng)的細(xì)胞內(nèi)記錄,但它具有更大的優(yōu)越性,如高分辨率、低噪聲、極好的穩(wěn)定性以及能控制細(xì)胞內(nèi)的成分等。全細(xì)胞記錄技采測定的是一個細(xì)胞內(nèi)全部**通道的電流,記錄過程中電極的溶液取代了原細(xì)胞質(zhì)的成分。雖然膜片鉗記錄技術(shù)與*初的單電極電壓鉗位相比進(jìn)步了很多,尤其在單離子通道鉗位記錄方面,細(xì)胞或腦片的組織選擇及實(shí)驗(yàn)溶液的制備仍然是很重要的步驟。芬蘭全自動膜片鉗膜片鉗具有雙探頭,相當(dāng)于兩臺膜片鉗放大器。也具有單探頭膜片鉗放大器。
膜片鉗技術(shù)的創(chuàng)立取代了電壓鉗技術(shù),是細(xì)胞電生理研究的一個飛躍,使得離子通道的研究,從宏觀深入到微觀,使昔日的“肉湯生理學(xué)(brothphysiology)”與“閃電生理學(xué)(lightningphysiology)”在分子水平上結(jié)合起來,使人們對膜通道的認(rèn)識耳目一新。當(dāng)前,生理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和藥理學(xué)等多種學(xué)科正在把膜片鉗技術(shù)和膜通道蛋白重組技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)和光譜技術(shù)等非電生理技術(shù)結(jié)合起來,協(xié)同對離子通道進(jìn)行較全的研究。不少實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將基因工程與膜片鉗技術(shù)結(jié)合起來,把通道蛋白有目的地重組于人工膜中進(jìn)行研究。設(shè)想將合成的通道蛋白分子接種入機(jī)體以替換有缺陷和異常的通道的功能而達(dá)到的目的。
在大多數(shù)膜片鉗實(shí)驗(yàn),要求所有實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備均具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性,以使微電極與細(xì)胞膜之間的相對運(yùn)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(shè)備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成,接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設(shè)備架要靠近工作臺,便于測量儀器與光學(xué)儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要光學(xué)部件,它不僅具有較好的視覺效果,便于將玻璃電極與細(xì)胞的頂部接觸,而且是借助移動物鏡來實(shí)現(xiàn)聚焦,具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實(shí)驗(yàn)過程中的操作,特別是能將封接參數(shù)(如封接阻抗)與細(xì)胞的形態(tài)對應(yīng),以實(shí)現(xiàn)良好的封接。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)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。
電壓鉗的缺點(diǎn):目前電壓鉗技術(shù)主要用于研究巨火細(xì)胞的全細(xì)胞電流,特別是在分子克隆卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中,發(fā)揮著不可替代的作用。然而,它也有其致命的弱點(diǎn):1。微電極需要刺穿細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)丟失,破壞細(xì)胞生理功能的完整性;2、不能確定單通道電流。由于電壓鉗位薄膜面積大,包含大量隨機(jī)開關(guān)的通道,背景噪聲大,往往會掩蓋單通道的電流。3.在小細(xì)胞(如直徑10-30μm的哺乳動物細(xì)胞)上進(jìn)行電壓鉗實(shí)驗(yàn),技術(shù)難度更大。因?yàn)殡姌O需要插入到細(xì)胞中,所以微電極的前端必須做得非常薄。如此薄的前端導(dǎo)致電極阻抗較大,往往為60~-80mω或120~150MΩ(視灌注液不同而定)。如此大的電極阻抗,不利于用細(xì)胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時,短時間(0.1μs)內(nèi)將電流注入細(xì)胞,從而達(dá)到鉗制膜電壓或膜電流的目的。此外,插在小電池上的兩個電極會產(chǎn)生電容并降低電壓測量電極的反應(yīng)能力。用膜片鉗技術(shù),輕松捕捉離子通道的每一個細(xì)微動作!進(jìn)口雙分子層膜片鉗產(chǎn)品介紹
電壓鉗技術(shù)的主要在于將膜電位固定在指令電壓的水平,這樣才能研究在給定膜電位下膜電流隨時間的變化關(guān)系。美國全自動膜片鉗
膜片鉗技術(shù):從一小片膜(約幾平方微米)上獲取電子信息的技術(shù),即保持跨膜電壓恒壓箝位的技術(shù),從而測量通過膜的離子電流。通過研究離子通道中的離子流動,可以了解離子輸運(yùn)、信號傳遞等信息?;驹?利用負(fù)反饋電子電路,將前排微電極吸附的細(xì)胞膜電位固定在一定水平,動態(tài)或靜態(tài)觀察通過通道的微小離子電流,從而研究其功能。一種研究離子通道的電生理技術(shù)是施加負(fù)壓,使玻璃微電極前沿(開口直徑約1μm)與細(xì)胞膜緊密接觸,形成高阻抗密封,可以準(zhǔn)確記錄離子通道的微小電流??芍苽涑扇N單通道記錄模式:細(xì)胞貼附、內(nèi)面向外、外面向內(nèi),以及另一種多通道全細(xì)胞記錄模式。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小膜的隔離和高阻密封的形成。由于高阻密封,背景噪聲水平降低,記錄頻帶范圍相對變寬,分辨率提高。此外,它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。小膜隔離使得研究單個離子通道成為可能。美國全自動膜片鉗