高阻密封技術(shù)還***降低了電流記錄的背景噪聲，從而大幅提高了時(shí)間、空間和電流分辨率，如10μs的時(shí)間分辨率、1平方微米的空間分辨率和10-12年的電流分辨率。影響電流記錄分辨率的背景噪聲不僅來(lái)自膜片鉗放大器本身，還來(lái)自信號(hào)源的熱噪聲。信號(hào)源就像一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R其中σn為電流均方差的平方根，k為玻爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測(cè)量帶寬，R為電阻值?？梢钥闯?，為了獲得低噪聲電流記錄，信號(hào)源的內(nèi)阻必須非常高。如果在1kHz帶寬、10%精度的條件下記錄1pA的電流，信號(hào)源的內(nèi)阻應(yīng)該大于2gω。電壓鉗技術(shù)只能測(cè)量?jī)?nèi)阻為100kω~50mω的大電池的電流，常規(guī)技術(shù)和制備無(wú)法達(dá)到所需的分辨率。膜片鉗，為您的科研之路增添一雙慧眼！芬蘭腦片膜片鉗電生理工具
80年代初發(fā)展起來(lái)的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動(dòng)力學(xué)特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)用，使人們不僅對(duì)生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進(jìn)一步的了解，而且對(duì)于疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)也不斷的更新，同時(shí)還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)是一種以記錄通過離子通道的離子電流來(lái)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)。它和基因克隆技術(shù)（genecloning）并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來(lái)了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。美國(guó)多通道膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平膜片鉗的膜電容檢測(cè)與碳纖電極電化學(xué)檢測(cè)聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。
與藥物作用有關(guān)的心肌離子通道，心肌細(xì)胞通過各種離子通道對(duì)膜電位和動(dòng)作電位穩(wěn)態(tài)的維持而保持正常的功能。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者在人類心肌細(xì)胞離子通道特性的研究中取得了許多進(jìn)展，使得心肌藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)由動(dòng)物細(xì)胞模型向人心肌細(xì)胞成為可能。對(duì)離子通道生理與病理情況下作用機(jī)制的研究，通過對(duì)各種生理或病理情況下細(xì)胞膜某種離子通道特性的研究，了解該離子的生理意義及其在疾病過程中的作用機(jī)制。如對(duì)鈣離子在腦缺血神經(jīng)細(xì)胞損害中作用機(jī)制的研究表明，缺血性腦損害過程中，Ca2+介導(dǎo)現(xiàn)象起非常重要的作用，缺血缺氧使Ca2+通道開放，過多的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)就出現(xiàn)Ca2+超載，導(dǎo)致神經(jīng)元及細(xì)胞膜損害，膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙，嚴(yán)重的可使神經(jīng)元壞死。
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。(1)細(xì)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(xì)胞膜表面上，形成高阻封接，在細(xì)胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過微管電極對(duì)膜片進(jìn)行電壓鉗制，分辨測(cè)量膜電流，稱為細(xì)胞貼附膜片。由于不破壞細(xì)胞的完整性，這種方式又稱為細(xì)胞膜上的膜片記錄。此時(shí)跨膜電位由玻管固定電位和細(xì)胞電位決定。因此，為測(cè)定膜片兩側(cè)的電位，需測(cè)定細(xì)胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動(dòng)看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細(xì)胞骨架及有關(guān)代謝過程是完整的，所受的干擾小。在膜電位改變時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)有電荷移動(dòng)，稱為門控電流。
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(huì)掩蓋單通道的電流。3.在小細(xì)胞(如直徑10-30μm的哺乳動(dòng)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(shí)，短時(shí)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(gè)電極會(huì)產(chǎn)生電容并降低電壓測(cè)量電極的反應(yīng)能力。一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動(dòng)物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。芬蘭腦片膜片鉗電生理工具
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(lái)。芬蘭腦片膜片鉗電生理工具
在形成高阻抗封接后，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果之前，通常要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，以期獲得符合實(shí)際的結(jié)果。需要注意的是，應(yīng)恰當(dāng)設(shè)置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監(jiān)測(cè)端將觀察不到超越此頻帶以外的無(wú)用信息。膜片鉗實(shí)驗(yàn)難度大、技術(shù)要求高，要掌握有關(guān)技術(shù)和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，經(jīng)過處理和分析，得出有意義、有價(jià)值的結(jié)果和結(jié)論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實(shí)驗(yàn)過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內(nèi)、外液，如何選擇阻斷劑、激動(dòng)劑，如何進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)采集等許多更為復(fù)雜的問題，還需在科研實(shí)踐中不斷地探索和解決。芬蘭腦片膜片鉗電生理工具
