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(guó)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(mén)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)。膜片鉗80%的工夫在于刺備細(xì)胞。德國(guó)單電極膜片鉗技術(shù)
膜片鉗的基本原理則是利用負(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(guò)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。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電流固定的關(guān)鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻密封，其阻抗數(shù)值可達(dá)10～100GΩ(此密封電阻是指微電極內(nèi)與細(xì)胞外液之間的電阻)。由于此阻值如此之高，故基本上可看成絕緣，其上之電流可看成零，形成高阻密封的力主要有氫健、范德華力、鹽鍵等。此密封不僅電學(xué)上近乎絕緣，在機(jī)械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小，其下膜面積只約1μm2，在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少，一般只有一個(gè)或幾個(gè)通道，經(jīng)這一個(gè)或幾個(gè)通道流出的離子數(shù)量相對(duì)于整個(gè)細(xì)胞來(lái)講很少，可以忽略，也就是說(shuō)電極下的離子電流對(duì)整個(gè)細(xì)胞的靜息電位的影響可以忽略，那么，只要保持電極內(nèi)電位不變，則電極下的一小片細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差就不變，從而實(shí)現(xiàn)電位固定。美國(guó)可升級(jí)膜片鉗價(jià)格滔博生物膜片鉗研究系統(tǒng)-細(xì)胞放電,組織切片放電,動(dòng)物放電!
膜片鉗技術(shù)的創(chuàng)立取代了電壓鉗技術(shù)，是細(xì)胞電生理研究的一個(gè)飛躍，使得離子通道的研究，從宏觀深入到微觀，使昔日的“肉湯生理學(xué)(brothphysiology)”與“閃電生理學(xué)(lightningphysiology)”在分子水平上結(jié)合起來(lái)，使人們對(duì)膜通道的認(rèn)識(shí)耳目一新。當(dāng)前，生理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和藥理學(xué)等多種學(xué)科正在把膜片鉗技術(shù)和膜通道蛋白重組技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)和光譜技術(shù)等非電生理技術(shù)結(jié)合起來(lái)，協(xié)同對(duì)離子通道進(jìn)行較全的研究。不少實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將基因工程與膜片鉗技術(shù)結(jié)合起來(lái)，把通道蛋白有目的地重組于人工膜中進(jìn)行研究。設(shè)想將合成的通道蛋白分子接種入機(jī)體以替換有缺陷和異常的通道的功能而達(dá)到的目的。
全細(xì)胞記錄構(gòu)型(whole-cellrecording)高阻封接形成后，繼續(xù)以負(fù)壓抽吸使電極管內(nèi)細(xì)胞膜破裂，電極胞內(nèi)液直接相通，而與浴槽液絕緣，這種形式稱(chēng)為“全細(xì)胞”記錄。它既可記錄膜電位又可記錄膜電流。其中膜電位可在電流鉗情況下記錄，或?qū)⒉９苓B到標(biāo)準(zhǔn)高阻微電極放大器上記錄。在電壓鉗條件下記錄到的大細(xì)胞全細(xì)胞電流可達(dá)nA級(jí)，全細(xì)胞鉗的串聯(lián)電阻(玻管和細(xì)胞內(nèi)部之間的電阻)應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償。任何流經(jīng)膜的電流均流經(jīng)這一電阻，所引起的電壓降將使玻管電壓不同于細(xì)胞內(nèi)的真正電位。電流愈大，愈需對(duì)串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。全細(xì)胞鉗應(yīng)注意細(xì)胞必需合理的小到其電流能被放大器測(cè)到的范圍(25～50nA)。減少串聯(lián)電阻的方法是玻管尖要比單通道記錄大。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。
膜片鉗技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術(shù)與Fura2熒光鈣測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度、細(xì)胞膜離子通道電流、細(xì)胞膜電容等多項(xiàng)指標(biāo)變化的快速交替測(cè)量，從而獲得同一事件過(guò)程中各因素的各自變化，進(jìn)而分析這些變化之間的關(guān)系。Neher將能夠光解鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術(shù)，進(jìn)而可以定量研究鈣離子濃度與分泌速率的關(guān)系以及相對(duì)較大的分泌速率。他還發(fā)明了膜片鉗的膜電容檢測(cè)與碳纖維電極的電化學(xué)檢測(cè)相結(jié)合的技術(shù)。然后***將光電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)和碳纖維電極電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合。這種結(jié)合既能研究分泌機(jī)制，又能鑒定分泌物質(zhì)，彌補(bǔ)了各單一方法的不足。Eberwine于1991年***將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)相結(jié)合，可以在分子水平上解釋形態(tài)相似但電活動(dòng)不同的結(jié)果，隨后開(kāi)始了膜片鉗與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的時(shí)代:基因重組技術(shù)和膜通道蛋白重建技術(shù)。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。單電極膜片鉗細(xì)胞功能特性
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(lái)了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。德國(guó)單電極膜片鉗技術(shù)
20世紀(jì)初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxleyw完善，目的是為了證明動(dòng)作電位的峰電位是由于膜對(duì)鈉的通透性發(fā)生了一過(guò)性的增大過(guò)程。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有直接測(cè)定膜通透性的辦法，于是就用膜對(duì)某種離子的電導(dǎo)來(lái)**該種離子的通透性。為了弄清膜電導(dǎo)變化的機(jī)制和離子通道的存在，也為了克服電壓鉗的缺點(diǎn)Erwin和Bert在電壓鉗的基礎(chǔ)上發(fā)明了膜片鉗，并利用該技術(shù)***在蛙肌膜上記錄到PA級(jí)的乙酰膽堿激動(dòng)的單通道電流，***證明了離子通道的存在。并證明在完整細(xì)胞膜上記錄到膜電流是許多單通道電流總和的結(jié)果。這一技術(shù)被譽(yù)為與分子克隆技術(shù)并駕齊驅(qū)的劃時(shí)代的偉大發(fā)明。二人因此獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。德國(guó)單電極膜片鉗技術(shù)
