嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳技术及其应用：它是作者在\"膜片钳技术及其应用\"领域所进行的研究工作的总结，同时也吸取了国际上的先进技术和新近的研究成果。内容包括:细胞电生理与膜片钳技术，膜片钳系统的组建及实验技术概要，膜片钳放大器原理与低噪声设计，单通道和全细胞电流记录技术，数据采集和分析，细胞分泌活动的膜电容监测技术和安培测量技术，细胞内钙离子浓度的测量及钙库特性，脑切片膜片钳技术，心肌细胞的药理特性和植物细胞的离子通道特性。膜片钳系统有如下应用局限性：光能应用于悬浮细胞的纪录。嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳技术基本原理与特点：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。嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤膜片钳芯片技术是继细胞芯片之后的又一种崭新的分析细胞电生理参数的芯片技术。

膜片钳电生理记录技术：膜片钳技术的基本原理：膜片钳技术用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面，使之形成10~100MΩ的高阻封接，被孤立的小膜片面积为微米数量级，因此封接范围内细胞膜光有少数离子通道。然后对该膜片实行电压钳位，测量单个离子通道开放产生的微小电流，这种通道的开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放的电流幅值分布、开放概率、开放寿命分布等功能参数，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。将该部分细胞采用负压吸破，可以形成比较常见的全细胞记录模式，可以研究整个细胞的生理功能和离子通道电生理功能。

膜片钳电生理纪录系统及记录方法：细胞膜由双层脂膜组成，具有密封绝缘的特性，因此当纪录 电极接触到细胞膜时电阻会开始上升，然后以人工方式对纪录电极内施加一个负压，可以让电极与胞膜之间吸附得更为紧密而电阻也会加速上升，当纪录电极的电阻达到千兆欧姆(Giga Ω)时，意味着细胞膜与电极之间几乎没有电流漏出，之后对电极内压力施以一个快速的负压将细胞膜吸破，这样纪录电极与细胞胞体之间会形成一个封闭的电容，此时就可以开始对细胞进行实验。目前电压钳主要用于巨大细胞的全性能电流的研究。

膜片钳记录的几种形式：全细胞记录构型(whole-cell recording)　高阻封接形成后，继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂，电极胞内液直接相通，而与浴槽液绝缘，这种形式称为“全细胞”记录。它既可记录膜电位又可记录膜电流。其中膜电位可在电流钳情况下记录，或将玻管连到标准高阻微电极放大器上记录。在电压钳条件下记录到的大细胞全细胞电流可达nA级，全细胞钳的串联电阻(玻管和细胞内部之间的电阻)应当补偿。任何流经膜的电流均流经这一电阻，所引起的电压降将使玻管电压不同于细胞内的真正电位。电流愈大，愈需对串联电阻进行补偿。在大多数膜片钳实验，要求所有实验仪器及设备均具有良好的机械稳定性。嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤

记录单细胞电流和全细胞电流的基础上进一步计算出细胞膜上的通道数和开放概率。嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤

膜片钳技术基本原理与特点：高阻封接技术还很大降低了电流记录的背景噪声，从而戏剧性地提高了时间、空间及电流分辨率，如时间分辨率可达10 μs、空间分辨率可达1平方微米及电流分辨率可达10-12 A。影响电流记录分辨率的背景噪声除了来自于膜片钳放大器本身外，比较主要还是信号源的热噪声。一般只有一个或几个通道，经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少，可以忽略，也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略，那么，只要保持电极内电位不变，则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变，从而实现电位固定。嘉兴神经生物学膜片钳技术原理及步骤