1976年德國馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時(shí)的噪聲實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)，從而使該技術(shù)更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時(shí)間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻(xiàn)，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。以膜片鉗為鑰匙，打開細(xì)胞離子通道研究的大門！單電極膜片鉗電生理技術(shù)

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個(gè)膜結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道，當(dāng)通道開放時(shí)。細(xì)胞內(nèi)外的一些無機(jī)離子如Na，kCa等帶電離子可經(jīng)通道順濃度梯度或電位梯度進(jìn)行跨膜擴(kuò)散，從而形成這些帶電離子在膜內(nèi)外的不同分布態(tài)勢，這種態(tài)勢和在不同狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化是可興奮細(xì)胞靜息電位和動(dòng)作電的基礎(chǔ)。這些無機(jī)離子通過離子通道的進(jìn)圍所產(chǎn)生的電活動(dòng)是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，只有在此基礎(chǔ)上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達(dá)、新陳代謝等生命活動(dòng)。離子通道結(jié)構(gòu)和功能障礙決定了許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此，了解離子通道的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。單電極膜片鉗電生理技術(shù)浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容。

膜片鉗技術(shù):從一小片膜(約幾平方微米)上獲取電子信息的技術(shù)，即保持跨膜電壓恒壓箝位的技術(shù)，從而測量通過膜的離子電流。通過研究離子通道中的離子流動(dòng)，可以了解離子輸運(yùn)、信號(hào)傳遞等信息?；驹?利用負(fù)反饋電子電路，將前排微電極吸附的細(xì)胞膜電位固定在一定水平，動(dòng)態(tài)或靜態(tài)觀察通過通道的微小離子電流，從而研究其功能。一種研究離子通道的電生理技術(shù)是施加負(fù)壓，使玻璃微電極前沿(開口直徑約1μm)與細(xì)胞膜緊密接觸，形成高阻抗密封，可以準(zhǔn)確記錄離子通道的微小電流?？芍苽涑扇N單通道記錄模式:細(xì)胞貼附、內(nèi)面向外、外面向內(nèi)，以及另一種多通道全細(xì)胞記錄模式。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小膜的隔離和高阻密封的形成。由于高阻密封，背景噪聲水平降低，記錄頻帶范圍相對變寬，分辨率提高。此外，它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。小膜隔離使得研究單個(gè)離子通道成為可能。

現(xiàn)在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個(gè)表面，由于細(xì)胞電信號(hào)在被電極記錄到后，直接進(jìn)入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信號(hào)，在很大程度上減少了環(huán)境及電路噪音對信號(hào)的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質(zhì)量且穩(wěn)定的電生理信號(hào)。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設(shè)備的大小只相當(dāng)于傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無需額外電源，連接和使用都極為簡便。沒有了占地方的放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們的膜片鉗又進(jìn)一步減小了體積。膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。

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膜片進(jìn)行電壓鉗制，分辨測量膜電流，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，為測定膜片兩側(cè)的電位，需測定細(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。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,專業(yè)團(tuán)隊(duì),7*50小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.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)。日本多通道膜片鉗廠家

離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。單電極膜片鉗電生理技術(shù)

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級(jí)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(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的