1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(nèi)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(yīng)用使的電生理研究進行了重命性的變化。Voltageclamp（電壓鉗技術(shù)）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(xué)說），是近代興奮學(xué)說的基石。1948年，Katz利用細胞內(nèi)微電極技術(shù)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。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*42小時隨時人工在線咨詢.對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能。美國腦片膜片鉗系統(tǒng)

細胞是動物和人體的基本組成單元，細胞與細胞內(nèi)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(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進行測量。由此形成了一門細胞學(xué)科———電生理學(xué)（electrophysiology），即是用電生理的方法來記錄和分析細胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細胞內(nèi)電活動的記錄?，F(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。腦片膜片鉗實驗操作屯流鉗素向細胞內(nèi)注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應(yīng)。

電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的，并在20世紀初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計的主要目的是證明動作電位的產(chǎn)生機制，即動作電位的峰值電位是由于膜對鈉的通透性瞬間增加。但當時還沒有直接測量膜通透性的方法，所以用膜電導(dǎo)來測量離子通透性。膜電導(dǎo)測量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力(Em-ENa)的關(guān)系，膜電流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通過測量膜電流，然后利用歐姆定律來計算膜電導(dǎo)。然而，膜電導(dǎo)可以通過使用膜電流來計算。這個條件是通過電壓鉗技術(shù)實現(xiàn)的。下一張幻燈片中右邊的兩張圖顯示了squid的動作電位和動作電位過程中膜電流的變化，這是霍奇金和赫胥黎在半個世紀前用電壓鉗記錄的。他們的實驗證明了參與動作電位的離子電流由三種成分組成:Na、K、Cl。對這些離子流進行了定量分析。這項技術(shù)為闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的研究做出了巨大貢獻。

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(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)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(cè)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(guān)代謝過程是完整的，所受的干擾小。典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時間不等的脈沖樣變化。

目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu)，在這方面，美國的二位科學(xué)家彼得阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu)，二位因此獲得2003年諾貝系化學(xué)獎。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術(shù)：電壓鉗技術(shù)（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術(shù)。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。德國高通量全自動膜片鉗電壓鉗制

膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。美國腦片膜片鉗系統(tǒng)

高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達到所要求的分辨率。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*66小時隨時人工在線咨詢.美國腦片膜片鉗系統(tǒng)