光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發(fā)展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學，特別是神經(jīng)和心臟研究領域中熱門的研究方向之一。目前這一技術正在被全球幾百家從事心臟學、神經(jīng)科學和神經(jīng)工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機理并研發(fā)針對疾病干預和的新技術。全細胞膜片鉗記錄是應用較早，也是普遍的鉗位技術。日本膜片鉗單細胞

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應的通道跨膜擴散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態(tài)下，對相應離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關閉狀態(tài)，而且只有在經(jīng)過一個額外刺激使通道從失活關閉狀態(tài)進入靜息關閉狀態(tài)后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細胞生物電現(xiàn)象，與細胞興奮性相關。2.神經(jīng)遞質的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關，某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結果，稱為離子通道?。╥onchannelpathies）。德國單電極膜片鉗產(chǎn)品介紹電壓鉗技術的主要在于將膜電位固定在指令電壓的水平，這樣才能研究在給定膜電位下膜電流隨時間的變化關系。

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-sea1），降低了記錄時的噪聲1981年Hamill和Neher等引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗，使得與電極前列開口處相接的細胞膜的膜片與周圍在電學上絕緣，在此基礎上固定電位，對此膜片上的離子通道的離子電流（pA級）進行監(jiān)測記錄的方法。

離子通道結構研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結構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構，在這方面，美國的二位科學家彼得·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離子通道的三維結構，二位因此獲得2003年諾貝系化學獎。有關離子通道結構不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術：電壓鉗技術（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術。在細胞膜的電興奮過程中，脂質層膜電容的反應是被動的，其電流電壓曲線是線性的。

膜片鉗放大器的工作模式;（1）電壓鉗模式∶在鉗制細胞膜電位的基礎上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，記錄的是諸如通道電流;EPSC;IPSC等電流信號。是膜片鉗的基本工作模式.（2）屯流鉗素向細胞內注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應。記錄的是諸如動作電位，EPSP;IPSP等電壓信號。膜片鉗技術實現(xiàn)膜電位固定的關鍵是在玻璃微電極前列邊緣與細胞膜之間形成高阻（10GΩ）密封，使電極前列開口處相接的細胞膜片與周圍環(huán)境在電學上隔離，并通過外加命令電壓鉗制膜電位。一些學者建立了組織切片膜片鉗技術（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。德國單電極膜片鉗產(chǎn)品介紹

膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。日本膜片鉗單細胞

一、記錄設備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設備是實驗前的重要步驟，如用模型細胞測定電子設備、安裝并測試應用軟件、調節(jié)光學顯微鏡、檢驗防震工作臺等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。標準的毛細玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細胞記錄則應選管壁較?。?.16mm）的毛細玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術封接（seal）是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細胞膜電信號的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細胞，細胞的大小也是成功記錄的個因素，一般選擇10-20um的細胞比較理想。日本膜片鉗單細胞

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