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)評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學(xué)院科技評述（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)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。不同的全自動膜片鉗技術(shù)所采用的原理也不完全相同。日本雙電極膜片鉗參數(shù)

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低記錄噪聲，實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對鉀離子通透性時發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動很像是通過許多狹窄空洞的運(yùn)動，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。進(jìn)口雙電極膜片鉗離子電流在青蛙肌細(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)。

膜片鉗技術(shù)發(fā)展歷史：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.通過一個與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計算電阻。4.通過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"時細(xì)胞不至于鉗位到零。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。

對電極持續(xù)施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機(jī)屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時增益不宜設(shè)得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細(xì)胞外液與電極內(nèi)液之間離子成分的差異造成了液結(jié)電位，故一般電極剛?cè)胨畷r測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設(shè)置為0mV，并調(diào)節(jié)“電極失調(diào)控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細(xì)胞，當(dāng)電極前列與細(xì)胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進(jìn)一步上升。通過細(xì)塑料管向電極內(nèi)稍加負(fù)壓，細(xì)胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封接。一般當(dāng)Rm達(dá)到100MΩ左右時，電極前列施加輕微負(fù)電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦，使電極超極化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。為證實(shí)GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外，電流波形仍呈平坦?fàn)睢Ｈ?xì)胞膜片鉗記錄是應(yīng)用較早，也是普遍的鉗位技術(shù)。雙電極膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平

典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時間不等的脈沖樣變化。日本雙電極膜片鉗參數(shù)

80年代初發(fā)展起來的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學(xué)特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)用，使人們不僅對生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進(jìn)一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認(rèn)識也不斷的更新，同時還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細(xì)胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。它和基因克隆技術(shù)（genecloning）并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。日本雙電極膜片鉗參數(shù)

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