電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的，并在20世紀(jì)初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計(jì)的主要目的是證明動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰值電位是由于膜對(duì)鈉的通透性瞬間增加。但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有直接測(cè)量膜通透性的方法，所以用膜電導(dǎo)來(lái)測(cè)量離子通透性。膜電導(dǎo)測(cè)量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力(Em-ENa)的關(guān)系，膜電流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通過(guò)測(cè)量膜電流，然后利用歐姆定律來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)。然而，膜電導(dǎo)可以通過(guò)使用膜電流來(lái)計(jì)算。這個(gè)條件是通過(guò)電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下一張幻燈片中右邊的兩張圖顯示了squid的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過(guò)程中膜電流的變化，這是霍奇金和赫胥黎在半個(gè)世紀(jì)前用電壓鉗記錄的。他們的實(shí)驗(yàn)證明了參與動(dòng)作電位的離子電流由三種成分組成:Na、K、Cl。對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這項(xiàng)技術(shù)為闡明動(dòng)作電位的本質(zhì)和離子通道的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。美國(guó)全細(xì)胞膜片鉗電生理工具
膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過(guò)一個(gè)與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個(gè)壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒(méi)在溶液中時(shí)給電極一個(gè)測(cè)定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計(jì)算電阻。4.通過(guò)膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調(diào)至零位，這種電位差是由于電極內(nèi)填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細(xì)胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達(dá)到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調(diào)整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋"轉(zhuǎn)到"電壓鉗"時(shí)細(xì)胞不至于鉗位到零。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*36小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.美國(guó)單電極膜片鉗哪家好不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理也不完全相同。
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。
高阻封接問(wèn)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。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(guò)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(guò)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*65小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.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。
膜片鉗技術(shù)是一種細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)，是研究離子通道活動(dòng)的蕞佳工具，也是應(yīng)用蕞廣的電生理技術(shù)之一。該技術(shù)通過(guò)施加負(fù)壓將微玻管電極（膜片電極或膜片吸管）的前端與細(xì)胞膜緊密接觸，形成GΩ以上的阻抗，使電極開口處的細(xì)胞膜與其周圍膜在電學(xué)上絕緣。被孤立的小膜片面積為μm量級(jí)，內(nèi)中只有少數(shù)離子通道。玻璃微電極中含有一根浸入電解溶液中的導(dǎo)線，用于傳導(dǎo)離子。在此基礎(chǔ)上對(duì)該膜片施行電壓鉗位（即保持跨膜電壓恒定），如果單個(gè)離子通道被包含在膜片內(nèi)，則可對(duì)此膜片上的離子通道的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄。通過(guò)觀測(cè)單個(gè)通道開放和關(guān)閉的電流變化，可直接得到各種離子通道開放的電流幅值分布、開放幾率、開放壽命分布等功能參量，并分析它們與膜電位、離子濃度等之間的關(guān)系。還可把吸管吸附的膜片從細(xì)胞膜上分離出來(lái)，以膜的外側(cè)向外或膜的內(nèi)側(cè)向外等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這種技術(shù)對(duì)小細(xì)胞的電壓鉗位、改變膜內(nèi)外溶液成分以及施加藥物都很方便。探索離子通道的舞動(dòng)，膜片鉗是您的科學(xué)利器！美國(guó)多通道膜片鉗技術(shù)
典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時(shí)間不等的脈沖樣變化。美國(guó)全細(xì)胞膜片鉗電生理工具
全細(xì)胞膜片鉗記錄（whole-cellpatch-clamprecording）是應(yīng)用*早，也是*廣的鉗位技術(shù)，它相當(dāng)于連續(xù)的單電極電壓鉗位記錄，也就是說(shuō)全細(xì)胞記錄類似于傳統(tǒng)的細(xì)胞內(nèi)記錄，但它具有更大的優(yōu)越性，如高分辨率、低噪聲、極好的穩(wěn)定性以及能控制細(xì)胞內(nèi)的成分等。全細(xì)胞記錄技采測(cè)定的是一個(gè)細(xì)胞內(nèi)全部**通道的電流，記錄過(guò)程中電極的溶液取代了原細(xì)胞質(zhì)的成分。雖然膜片鉗記錄技術(shù)與*初的單電極電壓鉗位相比進(jìn)步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面，細(xì)胞或腦片的組織選擇及實(shí)驗(yàn)溶液的制備仍然是很重要的步驟。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*45小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.美國(guó)全細(xì)胞膜片鉗電生理工具
