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)工程研究的實驗室使用，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)。細(xì)胞是動物和人體的基本組成單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的。全細(xì)胞膜片鉗研究

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。全細(xì)胞膜片鉗研究小片膜的孤立使對單個離子通道進(jìn)行研究成為可能。

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間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達(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自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，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為測量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(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，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(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。

這一設(shè)計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經(jīng)驗的科研工作者，記得自己進(jìn)入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發(fā)現(xiàn)了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當(dāng)筆者問他們放大器和數(shù)模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應(yīng)的通道跨膜擴(kuò)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(yīng)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(guān)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(guān)閉狀態(tài)進(jìn)入靜息關(guān)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(xì)胞生物電現(xiàn)象，與細(xì)胞興奮性相關(guān)。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運(yùn)動、學(xué)習(xí)和記憶3.維持細(xì)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(guān)，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(jié)果，稱為離子通道?。╥onchannelpathies）。脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點，形成了細(xì)胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。日本高通量全自動膜片鉗離子電流

膜片鉗技術(shù)實現(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。全細(xì)胞膜片鉗研究

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