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)測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。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。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。進(jìn)口雙分子層膜片鉗高阻抗封接
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膜電位和動作電位穩(wěn)態(tài)的維持而保持正常的功能。近年來,國外學(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)由動物細(xì)胞模型向人心肌細(xì)胞成為可能。對離子通道生理與病理情況下作用機(jī)制的研究,通過對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。進(jìn)口單電極膜片鉗電生理工具在細(xì)胞膜的電興奮過程中,脂質(zhì)層膜電容的反應(yīng)是被動的,其電流電壓曲線是線性的。
電壓鉗技術(shù),是20世紀(jì)初由Cole發(fā)明,Hodgkin和Huxley完善,其設(shè)計(jì)的主要目的是為了證明動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當(dāng)時沒有直接測定膜通透性的方法,于是就用膜對某種離子的電導(dǎo)來**該種離子的通透性,膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律,如膜的Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力(Em-ENa)和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/(Em-ENa).因此可通過測量膜電流,再利用歐姆定律來計(jì)算膜電導(dǎo),但是,利用膜電流來計(jì)算膜電導(dǎo)時,記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變,否則膜電流的變化就不能**膜電導(dǎo)的變化。這一條件是利用電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動作電位和動作電位過程中的膜電流的變化圖,他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動作電位的離子流由Na,k,漏(Cl)三種成分組成。并對這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻(xiàn)。
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,記錄到ACh啟動的單通道離子電流,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。膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行,而且可同時在這兩個不同的部位作膜片鉗記錄。
膜片鉗技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)成為現(xiàn)代細(xì)胞電生理的常規(guī)方法,它不僅可以作為基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究的工具,而且直接或間接為臨床醫(yī)學(xué)研究服務(wù)。目前膜片鉗技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)(腦)科學(xué)、心血管科學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、病理生理學(xué)、中醫(yī)藥學(xué)、植物細(xì)胞生理學(xué)、運(yùn)動生理等多學(xué)科領(lǐng)域研究。隨著全自動膜片鉗技術(shù)(Automaticpatchclamptechnology)的出現(xiàn),膜片鉗技術(shù)因其具有的自動化、高通量特性,在藥物研發(fā)、藥物篩選中顯示了強(qiáng)勁的生命力。離子通道是一種特殊的膜蛋白,它橫跨整個膜結(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。進(jìn)口膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平
膜片鉗記錄技術(shù)與較早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。進(jìn)口雙分子層膜片鉗高阻抗封接
Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)、將一定密度的細(xì)胞懸液灌注在玻璃電極中,下降到電極前列的單個細(xì)胞通過在電極外施加負(fù)壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接,打破露在玻璃電極前列開口外的細(xì)胞膜就形成了全細(xì)胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術(shù),其通量比較高為6,即一次可同時記錄6個細(xì)胞。它的***特點(diǎn)是∶(1)仍然采用玻璃毛坯作為電極(2)藥物施加微量、快速。SealChip技術(shù);完全摒棄了玻璃電極,而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細(xì)胞懸液灌注在芯片上面,隨機(jī)下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負(fù)壓的吸引下形成高阻封接,打破孔下面的細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國Axon(MDS)公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術(shù)的典范,是離子通道藥物研發(fā)的**性工具,在國外實(shí)驗(yàn)室和制藥廠***用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量比較高為16,即一次可同時記錄16個細(xì)胞同時,其藥物施加微量、快速,不僅用于藥物篩選,還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。進(jìn)口雙分子層膜片鉗高阻抗封接
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