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。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定的,因細胞骨架及有關代謝過程是完整的,所受的干擾小。膜片鉗技術實現了小片膜的孤立和高阻封接的形成。細胞膜片鉗技術
電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細胞內,一根電極用作記錄電極以記錄跨膜電位,用另一根電極作為電流注入電極,以固定膜電位。從而實現固定膜電位的同時記錄膜電流。電位記錄電極引導的膜電位(Vm)輸入電壓鉗放大器的負輸入端,而人為控制的指令電位(Vc)輸入正輸入端,放大器的正負輸入端子等電位,向正輸入端子施加指令電位(Vc)時,經過短路負端子可使膜片等電較,即Vm=Vc,從而達到電位鉗制的目的,并可維持一定的時間。Vc的不同變化將導致Vm的變化,從而引起細胞膜上電壓依賴性離子通道的開放,通道開放引起的離子流反過來又引起Vm的變化,致使Vm≠Vc,Vc與Vm的任何差值都會導致放大器有電壓輸出,將相反極性的電流注入細胞,以使Vc=Vm,注入電流的大小與跨膜離子流相等,但方向相反。因而注入的電流被認為是標本興奮時的跨膜電流值(通道電流)。細胞膜片鉗技術在細胞膜的電興奮過程中,脂質層膜電容的反應是被動的,其電流電壓曲線是線性的。
實驗溶液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,這關系到封接的容易程度、細胞存活狀態及膜電位的狀態等。在實驗記錄過程中,尤其是神經生物學實驗,需要迅速更換細胞浸溶液濃度以免受體敏感性降低(desensitization)或需要模擬快速突觸反應的壽命。原則上細胞的浸溶液成分或玻璃管內填充液成分應該與細胞外或細胞內間質的成分相似,實際研究中,為了探討某些通道或電位特性,對這些實驗溶液的成分或濃度會作必要調整,沒有哪種溶液是理想的。
1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負壓吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-sea1),降低了記錄時的噪聲1981年Hamill和Neher等引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書問世,奠定了膜片鉗技術的里程碑。膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞,形成吉歐姆(GΩ)阻抗,使得與電極前列開口處相接的細胞膜的膜片與周圍在電學上絕緣,在此基礎上固定電位,對此膜片上的離子通道的離子電流(pA級)進行監測記錄的方法。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。
全細胞膜片鉗記錄(whole-cellpatch-clamprecording)是應用*早,也是*廣的鉗位技術,它相當于連續的單電極電壓鉗位記錄,也就是說全細胞記錄類似于傳統的細胞內記錄,但它具有更大的優越性,如高分辨率、低噪聲、極好的穩定性以及能控制細胞內的成分等。全細胞記錄技采測定的是一個細胞內全部**通道的電流,記錄過程中電極的溶液取代了原細胞質的成分。雖然膜片鉗記錄技術與*初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,細胞或腦片的組織選擇及實驗溶液的制備仍然是很重要的步驟。封接(seal)是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。日本單通道膜片鉗價格
而由通道蛋白介導的膜電導構成了膜反應的主動成分,它的電流電壓關系是非線性的。細胞膜片鉗技術
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。細胞膜片鉗技術
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