德國膜片鉗電壓鉗制

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-01-10

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一項(xiàng)技術(shù),1976年由國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發(fā)明,從而在活細(xì)胞上記錄到單個(gè)離子通道的電流。近半個(gè)世紀(jì)來,膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域較常用也是較實(shí)用的技術(shù)之一,具有極大的精確性和靈活性,能夠揭示離子通道,單細(xì)胞突觸反應(yīng),及神經(jīng)環(huán)路連接等多層次的電生理特性。做過膜片鉗的人都知道,膜片鉗的信號(hào)采集設(shè)備一般由前置放大器,放大器,模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成,神經(jīng)元電信號(hào)先通過前置放大器(headstage)初步放大,后傳輸入放大器進(jìn)一步放大,再傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),后被計(jì)算機(jī)采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個(gè)信號(hào)傳輸路徑。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。德國膜片鉗電壓鉗制

德國膜片鉗電壓鉗制,膜片鉗

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(píng)為"Methodoftheyear2010"[19];美國麻省理工學(xué)院科技評(píng)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(shí)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(duì)疾病干預(yù)和的新技術(shù)。進(jìn)口細(xì)胞膜片鉗產(chǎn)品介紹細(xì)胞膜由脂類雙分子層和和蛋白質(zhì)構(gòu)成。

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不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理如PopulationPatchClamp技術(shù)∶同SealChip技術(shù)一樣,完全摒齊了玻璃電極,而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個(gè)小室,每個(gè)小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時(shí),每個(gè)小室中封接成功的細(xì)胞|數(shù)目較多,獲得的記錄是這些細(xì)胞通道電流的平均值。因此,不同小室其通道電流的一致性非常好,變異系數(shù)很小。美國Axon(MDS)公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動(dòng)高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng),成為藥物初期篩選的金標(biāo)準(zhǔn)

膜片鉗技術(shù)∶從一小片(約幾平方微米)膜獲取電子學(xué)方面信息的技術(shù),即保持跨膜電壓恒定——電壓鉗位,從而測量通過膜離子電流大小的技術(shù)。通過研究離子通道的離子流,從而了解離子運(yùn)輸、信號(hào)傳遞等信息?;驹恚豪秘?fù)反饋電子線路,將微電極前列所吸附的一個(gè)至幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜的電位固定在一定水平上,對(duì)通過通道的微小離子電流作動(dòng)態(tài)或靜態(tài)觀察,從而研究其功能。研究離子通道的一種電生理技術(shù),是施加負(fù)壓將玻璃微電極的前列(開口直徑約1μm)與細(xì)胞膜緊密接觸,形成高阻抗封接,可以精確記錄離子通道微小電流。能制備成細(xì)胞貼附、內(nèi)面朝外和外面朝內(nèi)三種單通道記錄方式,以及另一種記錄多通道的全細(xì)胞方式。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,由于高阻封接使背景噪聲水平**降低,相對(duì)地增寬了記錄頻帶范圍,提高了分辨率。另外,它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對(duì)單個(gè)離子通道進(jìn)行研究成為可能。對(duì)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。

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對(duì)電極持續(xù)施加一個(gè)1mV、10~50ms的階躍脈沖刺激,電極入水后電阻約4~6MΩ,此時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時(shí)增益不宜設(shè)得太高,一般可在1~5mV/pA,以免放大器飽和。由于細(xì)胞外液與電極內(nèi)液之間離子成分的差異造成了液結(jié)電位,故一般電極剛?cè)胨畷r(shí)測試波形基線并不在零線上,須首先將保持電壓設(shè)置為0mV,并調(diào)節(jié)“電極失調(diào)控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細(xì)胞,當(dāng)電極前列與細(xì)胞膜接觸時(shí)封接電阻指示Rm會(huì)有所上升,將電極稍向下壓,Rm指示會(huì)進(jìn)一步上升。通過細(xì)塑料管向電極內(nèi)稍加負(fù)壓,細(xì)胞膜特性良好時(shí),Rm一般會(huì)在1min內(nèi)快速上升,直至形成GΩ級(jí)的高阻抗封接。一般當(dāng)Rm達(dá)到100MΩ左右時(shí),電極前列施加輕微負(fù)電壓(-30~-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時(shí)的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦,使電極超極化由-40到-90mV,有助于加速形成封接。為證實(shí)GΩ封接的形成,可以增加放大器的增益,從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外,電流波形仍呈平坦?fàn)睢V|(zhì)層電導(dǎo)很低,由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),形成了細(xì)胞的膜電容,通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。進(jìn)口雙分子層膜片鉗解決方案

全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)嶄新階段。德國膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗技術(shù)原理:膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個(gè)離子通道、面積為幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來(見右圖),由于電極前列與細(xì)胞膜的高阻封接,在電極前列籠罩下的那片膜事實(shí)上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離,因此,此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進(jìn)玻璃吸管,用一個(gè)極為敏感的電流監(jiān)視器(膜片鉗放大器)測量此電流強(qiáng)度,就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立,對(duì)生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細(xì)胞膜單一的(或多個(gè)的離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細(xì)胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起,同時(shí)又將神經(jīng)科學(xué)的不同分野必然地融匯在一起,改變了既往各個(gè)分野互不聯(lián)系、互不滲透,阻礙人們較全認(rèn)識(shí)能力的弊端。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū),給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。德國膜片鉗電壓鉗制

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