1976年德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負(fù)壓吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-sea1),降低了記錄時(shí)的噪聲1981年Hamill和Neher等引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書問世,奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細(xì)胞,形成吉?dú)W姆(GΩ)阻抗,使得與電極前列開口處相接的細(xì)胞膜的膜片與周圍在電學(xué)上絕緣。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*24小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.膜片鉗,您研究離子通道功能的得力助手!進(jìn)口可升級(jí)膜片鉗專題
內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后,在將微管電極輕輕提起,使其與細(xì)胞分離,電極端形成密封小泡,在空氣中短暫暴露幾秒鐘后,小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片。此時(shí)膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位,膜電位等于玻管電位的負(fù)值。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的,則輸出將與膜電流(Im)的負(fù)值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后,繼續(xù)以負(fù)壓抽吸,膜片破裂再將玻管慢慢地從細(xì)胞表面垂直地提起,斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層,此時(shí)高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應(yīng)測(cè)膜片電阻,并消除漏電流和電容電流。整個(gè)過(guò)程要當(dāng)心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平,膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的,放大器的輸出將與Im值相等。單電極膜片鉗價(jià)格離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀(jì)30—50年代的開創(chuàng)性研究。
膜片鉗技術(shù)(patchclamptechniques)是采用鉗制電壓或電流的方法對(duì)生物膜上離子通道的電活動(dòng)進(jìn)行記錄的微電極技術(shù)。1989年,Blanton將腦片電生理記錄與細(xì)胞的膜片鉗記錄結(jié)合起來(lái),建立了腦片膜片鉗記錄技術(shù)(patchclamponinvitrobrainslices),這為在細(xì)胞水平研究反射中樞系統(tǒng)離子通道或受體在神經(jīng)環(huán)路中的生理和藥理學(xué)作用及其機(jī)制提供了可能性。離體的腦組織能夠在一定的溫度、酸度和滲透壓、通氧狀態(tài)等條件下存活并保持良好的生理狀態(tài)。與急性分離的或培養(yǎng)的神經(jīng)元相比,離體腦片中的神經(jīng)元更接近生理狀態(tài):基本保持了在體情況下的細(xì)胞形態(tài),神經(jīng)細(xì)胞之間及神經(jīng)細(xì)胞與非神經(jīng)細(xì)胞之間的很多固有聯(lián)系,以及較為正常完整的突觸回路、受體分布、遞質(zhì)釋放及其信息傳遞等功能。
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。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,增寬了記錄頻帶范圍,提高了分辨率。
向電極連續(xù)施加1mV、10~50ms的階躍脈沖,電極入水后電阻約為4~6mΩ。此時(shí),在計(jì)算機(jī)屏幕顯示框中可以看到測(cè)試脈沖產(chǎn)生的電流波形。剛開始的時(shí)候增益不要設(shè)置太高,一般可以是1~5mV/PA,避免放大器飽和。由于細(xì)胞外液和電極液離子組成的差異導(dǎo)致液體接界電位,電極剛?cè)胨畷r(shí)測(cè)試波形的基線不在零線上。因此,需要將保持電壓設(shè)置為0mV,并調(diào)整“電極不平衡控制”,使電極DC電流接近于零。當(dāng)使用微操作器使電極靠近細(xì)胞時(shí),當(dāng)電極前緣接觸細(xì)胞膜時(shí),密封電阻指標(biāo)Rm會(huì)上升,當(dāng)電極輕微下壓時(shí),Rm指標(biāo)會(huì)進(jìn)一步上升。當(dāng)通過(guò)細(xì)塑料管對(duì)電極施加輕微負(fù)壓,且細(xì)胞膜特性良好時(shí),Rm一般會(huì)在1min內(nèi)迅速上升,直至形成Gω級(jí)高阻密封。一般在Rm達(dá)到100MΩ左右時(shí),在電極前端施加一個(gè)輕微的負(fù)電壓(-30~-30~-10mV),有利于gω密封的形成。此時(shí)的現(xiàn)象是電流波形再次變平,使電極從-40到-90mV超極化,有助于加速形成密封。為了確認(rèn)gωseal的形成,可以提高放大器的增益,因此可以觀察到除了脈沖電壓開始和結(jié)束時(shí)的容性脈沖超前電流外,電流波形仍然是平坦的。在細(xì)胞膜的電學(xué)模型中,膜電容和膜電導(dǎo)構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)回路。多通道膜片鉗報(bào)價(jià)
離子通道研究,從膜片鉗開始,開啟科學(xué)探索之旅!進(jìn)口可升級(jí)膜片鉗專題
實(shí)驗(yàn)溶液浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對(duì)全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容,這關(guān)系到封接的容易程度、細(xì)胞存活狀態(tài)及膜電位的狀態(tài)等。在實(shí)驗(yàn)記錄過(guò)程中,尤其是神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn),需要迅速更換細(xì)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(yīng)的壽命。原則上細(xì)胞的浸溶液成分或玻璃管內(nèi)填充液成分應(yīng)該與細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)間質(zhì)的成分相似,實(shí)際研究中,為了探討某些通道或電位特性,對(duì)這些實(shí)驗(yàn)溶液的成分或濃度會(huì)作必要調(diào)整,沒有哪種溶液是理想的。進(jìn)口可升級(jí)膜片鉗專題