高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時(shí)間、空間及電流分辨率，如時(shí)間分辨率可達(dá)10μs、空間分辨率可達(dá)1平方微米及電流分辨率可達(dá)10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來(lái)自于膜片鉗放大器本身外，主要還是信號(hào)源的熱噪聲。信號(hào)源如同一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測(cè)量帶寬，R為電阻值?？梢?jiàn)，要得到低噪聲的電流記錄，信號(hào)源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號(hào)源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測(cè)量?jī)?nèi)阻通常達(dá)100kΩ～50MΩ的大細(xì)胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達(dá)到所要求的分辨率。封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。芬蘭單電極膜片鉗電生理工具

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)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh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(shí)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(duì)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(shí)間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)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(jiǎng)。芬蘭膜片鉗單細(xì)胞一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動(dòng)物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。

膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇，兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于：①膜電位固定的方法不同；②電位固定的細(xì)胞膜面積不同，進(jìn)而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過(guò)保持細(xì)胞跨膜電位不變，并迅速控制其數(shù)值，以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來(lái)研究整個(gè)細(xì)胞膜或一大塊細(xì)胞膜上所有離子通道活動(dòng)。目前電壓鉗主要用于巨大細(xì)胞的全性能電流的研究，特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細(xì)胞內(nèi)插入兩個(gè)電極，對(duì)細(xì)胞損傷很大，在小細(xì)胞如元，就難以實(shí)現(xiàn)，又因細(xì)胞形態(tài)復(fù)雜，很難保持細(xì)胞膜各處生物特性的一致。

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。離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個(gè)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。

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(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(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)定膜通透性的方法，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，膜電導(dǎo)測(cè)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(dòng)力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過(guò)測(cè)量膜電流，再利用歐姆定律來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)時(shí)，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(gè)世紀(jì)以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過(guò)程中的膜電流的變化圖，他們的實(shí)驗(yàn)***證明參與動(dòng)作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這一技術(shù)對(duì)闡明動(dòng)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)。脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成了細(xì)胞的膜電容，通道蛋白開(kāi)閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。芬蘭膜片鉗單細(xì)胞

膜片鉗技術(shù)的建立，對(duì)生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。芬蘭單電極膜片鉗電生理工具

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。芬蘭單電極膜片鉗電生理工具

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