离子通道研究技术的最新进展_全自动膜片钳技术
膜片钳技术的发展和应用
膜片钳的发展和应用1．背景细胞是生物的基本组成单元，细胞外围有一层薄膜，彼此分离又互相联系，细胞间与细胞内的通信、信号传递依靠其膜上的离子通道来进行，离子和离子通道是细胞兴奋性的基础，亦是产生生物电的基础。
生物电信号通常是用电学或电子学的方法进行测量。
早期多采用双电极电压钳技术作胞内记录，近年来逐渐被膜片钳所取代，这项技术为从细胞和分子水平了解生物膜离子单通道“开启”和“关闭”的门控动力学及各种不同离子通道的通透性和选择性等膜信息提供了最直接的手段。
膜片钳记录(patch clamp recording)是利用玻璃微电极吸引封接面积仅为几个um2的细胞膜片，在10-12A水平，记录单个或几个通道的离子电流，已达到当今电子测量的极限。
此技术广泛用于细胞膜离子通道电流的测量和细胞分泌、药理学、病理生理学、神经科学、脑科学、植物细胞的生殖生理等领域的研究。
从而点燃了细胞和分子水平的生理学研究的生命之火，并取得了丰硕的成果。
2．膜片钳技术简介2.1 基本原理和记录方法电压钳(V oltage-clamp)是由英国学者Huxley和Katz最先应用的[1]。
其实质是通过负反馈微电流放大器在兴奋性细胞膜上外加电流，保持细胞跨膜电位不变，并迅速控制其数值，以观察在不同膜电位条件下膜电流的情况。
膜电流的改变反映了膜电阻和膜电容的变化，因此电压钳可用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道的活动，但该技术由于在细胞内插人两根电扳，对细胞损伤很大，在小细胞中难以实现，又因细胞形态复杂，很难保持细胞膜各处生物特性的一致，而逐渐被膜片钳所取代。
膜片钳技术(patch-clamp)是在电压钳基础上发展起来一种新技术，与电压钳的主要区别有二：一是钳制膜电位的方法不同；二是电位固定的细胞膜面积不同，即所研究的离子通道数目不同。
与电压钳一样，膜片钳也是利用负反馈电子线路，将微电板尖端所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜电位固定在一定水平，观察流过通道的离子电流。
膜片钳的发展与应用
膜片钳技术的发展与应用崔梦梦（生命科学学院 1241410026）摘要：膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的，该技术的核心是能够记录单一离子通道的电流。
膜片钳可以测量到0.06pA的电流，它具有1um的空间分辨率和10us的时间分辨率。
作为先进的细胞电生理技术，膜片钳一直被奉为研究离子通道的“金标准”。
应用膜片钳技术可以证实细胞膜上离子通道的存在并能对其电生理特性、分子结构、药物作用机稍等进行深入的研究。
此外，将膜片钳技术与其他一些先进的技术结合，使其在药理学、病理学、神经科学、脑科学、细胞生物学和分子生物学等生物科学方面,，得到了越来越广泛的应用。
关键词：膜片钳；离子通道；发展与应用在细胞膜上存在有许多的离子通道，这些离子通道是细胞兴奋性的基础，对细胞内以及细胞之间的信息传递起着非常重要的作用。
为探究离子通道的功能和结构，许多电生理技术被发明创造。
英国学者Huxley和Katz最早应用电压钳来研究细胞膜上离子通道的电流变化，但由于该技术钳制的细胞膜面积很大，包含着大量随机开放和关闭着的离子通道，因而不能测定单一离子通道电流。
所以在1976年德国神经生物学家Erwin Neher和Bert Sakmann 建立起一种新的技术，即膜片钳技术，并且逐渐取代了电压钳技术。
随着膜片钳技术的不断完善，自1981年以来, 该技术已经在不同动物的肝、脾、胃肠、心肌、骨骼肌、神经系统、内分泌等各类细胞上应用并取得了研究成果。
膜片钳技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。
一、膜片钳技术的基本原理膜片钳技术是利用玻璃微电极尖端经抛光后贴附于神经元膜上，与玻璃微电极尖端相接的膜仅含1—3个离子通道，然后通过负压吸引将这片膜与周围的膜实行高阻封接，因此在电极尖端覆盖下的那片膜，在电学上已于膜的其他部分相互分隔。
电极尖端下的膜通道开放所产生的电流流进玻璃微电极吸管，通过一极其敏感的膜片钳放大器，就可测量得到单一离子通道电流。
膜片钳前期调研综述
膜片钳前期调研综述膜片钳技术是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一的(或多个)离子通道分子活动的技术。
作为先进的细胞电生理技术，膜片钳一直被奉为研究离子通道的“金标准”。
应用膜片钳技术可以证实细胞膜上离子通道的存在并能对其电生理特性、分子结构、药物作用机制等进行深入的研究。
1．膜片钳技术原理膜片钳技术(patch-clamp technique)是在电压钳技术的基础上发展起来的，采用记录流过离子通道的离子电流，来反映细胞膜上单一的(或多个的)离子通道分子活动的技术。
该技术将一尖端经加热抛光的玻璃微电极管吸附在只有几平方微米的细胞膜上，通过在玻璃电极尖端边缘与细胞膜之间形成高阻封接，使与微电极尖开口处相连的细胞膜的小区域(膜片)与其周围的细胞膜在电学上完全分隔。
将膜片内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个膜片钳放大器测量此电流强度，就得到单一离子通道电流。
原理（见图1）2.膜片钳技术发展历史膜片钳技术是在电压钳（voltageclamp）技术的基础上发展起来的，电压钳技术由Cole和Marment设计，后经Hodgkin和Huxley改进并成功地应用于神经纤维动作电位的研究。
1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到ACh激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。
1981年Hamill和Neher等人对最早的膜片钳方法和电子线路做了较大的改进和完善，使其电流测量的灵敏度达到1pA，时间和空间分辨率分别达到10μs和1μm，并已逐步发展出几种适合不同需要的记录模式。
根据膜片与电极之间的关系，将这些记录模式分为四种:细胞吸附式、膜内面向外模式、膜外面向外模式、全细胞模式四种。
3.膜片钳技术优缺点膜片钳技术对细胞膜通道电流的记录具有很高的分辨率，信息含量大；能够改变细胞膜电位，进行单细胞记录，同时可以控制改变细胞的内外溶液成分，灵活性好；应用范围广，可以分析检测所有的离子通道类型；能记录到pA级电流变化和单通道开关状态，因此具有很高的高灵敏性；相对于荧光标记和放射性标记等手段具有更高权威性和精确性。
上海细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤
上海细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤细胞生物学是研究细胞结构、功能和生理过程的学科，而膜片钳电生理技术是细胞生物学中的一种重要技术手段。
本文将介绍上海细胞生物学膜片钳电生理技术的原理及步骤。
一、原理膜片钳电生理技术是一种用于研究细胞膜离子通道的技术。
其原理是利用玻璃微管制成的膜片钳，将其吸附在细胞膜上，形成一个微小的封闭空间，即膜片钳。
通过在膜片钳上施加一定的电压，可以控制细胞内外液体的离子浓度，从而研究细胞膜离子通道的电生理特性。
二、步骤1. 制备膜片钳制备膜片钳需要用到玻璃微管，将其拉制成细长的管状，然后用火烧制成膜片钳。
制备好的膜片钳需要经过严格的检测，确保其质量符合要求。
2. 细胞培养需要选取适合的细胞进行培养，一般选择小鼠神经元或人类癌细胞等。
细胞需要在培养皿中进行培养，保证其生长繁殖。
3. 细胞贴壁将培养好的细胞移植到实验室制备好的培养皿中，让其自然贴壁。
贴壁后的细胞需要进行一定的处理，如加入酶类物质，使其膜片变得柔软。
4. 制备膜片钳将制备好的膜片钳放置在细胞膜上，通过吸附的方式将其固定在细胞膜上。
制备好的膜片钳需要经过严格的检测，确保其质量符合要求。
5. 施加电压通过在膜片钳上施加一定的电压，可以控制细胞内外液体的离子浓度，从而研究细胞膜离子通道的电生理特性。
在施加电压的过程中，需要注意控制电压的大小和时间，以避免对细胞造成损伤。
6. 数据分析通过对实验数据的分析，可以得出细胞膜离子通道的电生理特性，如离子通道的开放概率、电导率等。
这些数据可以为后续的研究提供重要的参考。
上海细胞生物学膜片钳电生理技术是一种重要的细胞生物学研究手段，通过制备膜片钳和施加电压等步骤，可以研究细胞膜离子通道的电生理特性，为细胞生物学研究提供了重要的工具和方法。
膜片钳技术及其应用
膜片钳技术可以用于研究细胞信号转导过程中离子通道和受体的变 化，了解信号转导的机制。
细胞功能调控的研究
膜片钳技术可以用于研究细胞功能调控的机制，例如细胞兴奋性的 调节和细胞内离子浓度的变化。
04 膜片钳技术的优势与局限 性
膜片钳技术的优势
高灵敏度
细胞无损
膜片钳技术具有高灵敏度，能够检测单 个离子通道的活动，从而提供关于细胞 膜电位和离子通道功能的重要信息。
膜片钳技术可以在保持细胞完整性的 情况下进行实验，不会对细胞造成严 重损伤或干扰细胞的正常功能。
实时监测
膜片钳技术可以对细胞膜电位进行实时 监测，从而了解离子通道的动态变化， 有助于深入理解细胞生理和病理过程。
膜片钳技术的局限性
1 2 3
实验条件要求高
膜片钳技术需要高精度的实验设备和条件，包括 低温、低噪声和低阻抗等，这增加了实验的难度 和成本。
03
04
05
膜片钳放大器
微操纵器
细胞培养皿或显 微镜载玻片
电极溶液
细胞内和细胞外 灌流液
用于放大细胞膜电信号， 提高信号的检测灵敏度。
用于精确控制电极的移动 ，以便在细胞膜上定位和 进行膜片钳实验。
用于培养和固定细胞，以 便进行膜片钳实验。
用于填充电极，以保持电 极的湿润和导电性。
用于维持细胞内外环境的 稳定，并排除干扰实验的 物质。
03
在单细胞水平上研究细胞信号转导和离子通道功能，深入了 解细胞生理和病理过程。
膜片钳技术与其他技术的联合应用
结合光学成像技术，利用膜片钳技术对神经元电生理特性进行同时监测和成像，实现多参数的同时测 量。
与基因编辑技术结合，利用膜片钳技术对特定基因表达的离子通道进行功能研究，深入了解基因与离子 通道的关系。
膜片钳技术及其在星形胶质细胞钾离子通道研究中的应用
等－进一步完善 了该项技术 ， ４ 使小片膜孤立并使吸 管与细胞膜之间的连接更 为紧密， 形成 电隔离和机 械 隔离 ， 减少 记录 的背景 噪音水平 ， 对拓宽 记录频 相
位又可记录膜电流。这种膜片用以研究细胞外物质 对细胞膜上所有通道 的作用 ， 可在 同一细胞上观察
几 种不 同通 道 的情况 。
１ ２ １ 细胞 贴 附式 （ｅｌ ｔ ｃ ｅ ａ ｈ 。。 ｃｌａ ａｈ ｄｐ ｔ ） ｔ ｃ
发育、 突触传递、 组织修复与再生、 神经免疫等方面 ， 都起 着 十分重 要 的作 用 … 。研究 还 表 明星 形胶 质 细胞与疼 痛 也 有着 非 常 密 切 的关 系 － 。 细胞 膜 上 ２ Ｊ
带 范 围 ， 高 了时间 、 间及 电流分辨 率 。 提 空
１ ２ 膜 片钳技 术记 录方式 ．
膜 片钳 技术 目前 已发 展 出许多适 合不 同需 要 的 记 录形式 －６。根 据 不 同 的研 究 目的 ， 选 择 不 同 ５ ． Ｊ 可 的膜 片构型 。主要 有 以下几种 类型 。
高阻 封接形成 后 ， 将微 管 电极 轻轻 提起 ， 再 使其 与 细胞分离 ， 电极 端形成 密封 小泡 ， 在空气 中短 暂暴
露几 秒钟后 ， 泡 破 裂再 回 到 溶 液 中就 得 到 “ 面 小 内
床 医学 的广泛重 视 ， 现就 膜 片钳 技 术及 其 在 星形 胶 质 细胞 钾 离子通道 研究 中 的应用 进行综 述 。 １ 膜片钳 技术
是用玻 璃微 电极 吸管 的尖端 ， 过 抛光 处 理后 使 其 经
膜外侧面接触浴槽液。这种膜片多用予研究细胞外 物质 、 药物 等对单 通道 的作用 ， 录到 的是单 通道 电 记
流。
膜片钳技术
膜片钳技术1、膜片钳技术原理膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就代表单一离子通道电流。
膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路，将微电极尖端所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上，对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察，从而研究其功能。
膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极尖端边缘与细胞膜之间形成高阻密封，其阻抗数值可达10～100 GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。
由于此阻值如此之高，故基本上可看成绝缘，其上之电流可看成零，形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。
此密封不仅电学上近乎绝缘，在机械上也是较牢固的。
又由于玻璃微电极尖端管径很小，其下膜面积仅约1 μm2，在这么小的面积上离子通道数量很少，一般只有一个或几个通道，经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少，可以忽略，也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略，那么，只要保持电极内电位不变，则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变，从而实现电位固定。
膜片钳技术的原理图[51]Rs是与膜片抗阻串联的局部串联电阻（或称入路阻抗），Rseal是封接阻抗。
RS通常为1~5MΩ，如果Rseal高达10GΩ以上是成为Ip/I=Rseal/(Rs+Rseal)-1。
此Ip可作为I~V转换器（点线）内的高阻抗负反馈电阻（Rf）的电压下降而被检测出。
实际上这是场效应管运算放大器（A1）的输出中包括着膜电阻成分，这部分将在通过第二级场效应管运算放大器（A2）时被减掉。
本实验采用的是全细胞记录模式。
全细胞记录构型(whole-cell recording)高阻封接形成后，继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂，电极胞内液直接相通，而与浴槽液绝缘，这种形式称为“全细胞”记录。
膜片钳技术在各学科研究中的应用
膜片钳技术在各学科研究中的应用在神经科学领域，膜片钳技术被广泛应用于研究神经元和突触的电生理特性。
通过使用膜片钳技术，科学家可以记录神经元膜通道的电流，研究神经信号的传递和调节机制。
例如，陈教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了一种新的神经调节机制，他们发现了一种离子通道蛋白，可以调节神经元的兴奋性，从而对神经信号的传递产生影响1。
在细胞生物学领域，膜片钳技术被用于研究细胞的跨膜运输和信号转导机制。
科学家可以记录细胞膜通道的开放和关闭，研究物质进出细胞的方式和调控机制。
例如，张教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了新的钙离子通道，并研究了其在对细胞生长和凋亡的调控中的作用2。
在代谢疾病领域，膜片钳技术也被用于研究代谢过程中细胞膜通道的变化。
例如，糖尿病患者的肾小管上皮细胞钠通道存在异常，导致钠重吸收增加，从而影响血糖的排泄和代谢。
李教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了这一现象，为糖尿病的治疗提供了新的思路3。
膜片钳技术在各学科研究中都具有广泛的应用前景。
然而，随着科学技术的发展，膜片钳技术仍然面临着一些挑战，例如通道蛋白多样性和复杂性的问题，以及实验数据的分析和解读问题。
未来，随着膜片钳技术的不断改进和新技术的应用，我们相信这些问题会逐渐得到解决。
微光学器件在光通信、生物医学、军事等领域的应用越来越广泛。
传统的微光学器件制造技术如光刻、干法刻蚀等存在加工成本高、设备复杂等问题，难以满足某些特定场景下的制造需求。
因此，研究一种新型的微光学器件制造技术具有重要的现实意义。
气动膜片式微滴喷射制造技术作为一种具有潜力实现微光学器件高效、低成本制造的技术，逐渐受到研究者的。
气动膜片式微滴喷射制造技术基于气动学原理，通过控制气体和液体的流速、压力等参数，实现液滴的精确喷射。
该技术具有以下优点：可实现高效、低成本的制造，有望替代传统微光学器件制造技术；可通过计算机控制系统实现精确控制，提高制造精度；适用范围广，可用于各种形状和材料的光学器件制造。
上海神经生物学脑定位膜片钳原理
上海神经生物学脑定位膜片钳原理膜片钳技术是神经生物学研究中常用的一种电生理技术。
它是通过在神经元膜上形成一个极高电阻的小孔来测量神经元内膜电位变化的技术。
上海神经生物学研究所通过研究和发展，已经发展出了一种高效的脑定位膜片钳技术，可以在研究过程中定位到与特定行为有关的神经元。
一、膜片钳技术的原理神经元膜上存在着大量的离子通道，这些离子通道会使神经元膜的离子流动发生变化，进而产生微弱的电位变化。
膜片钳技术正是利用这种微弱电位变化来测量神经元内膜电位变化的。
通过在神经元膜上形成一个与膜内环境相连的小孔，可以将玻璃电极的窄管放入小孔内，形成一个电容，从而可以进行电位测量。
1. 针头更加精准：上海神经生物学研究所的研究团队精心设计了一种新型的玻璃针头，可以精准地进入脑组织中。
这种新型针头的直径只有几微米，可以准确穿过神经元膜，将玻璃电极放入小孔中，从而实现对神经元膜电位变化的测量。
2. 仪器更加灵敏：上海神经生物学研究所的脑定位膜片钳技术仪器采用了高灵敏度的电子元件，可以提高信号传输的精度和灵敏度，从而更加准确地测量神经元膜电位变化。
3. 测量更加稳定：在进行膜片钳技术测量时，许多因素都可能对电位测量造成干扰，如细胞外离子浓度、温度和机械振动等。
上海神经生物学研究所的脑定位膜片钳技术仪器在设计时考虑了这些干扰因素，并加入了改善稳定性的技术手段，从而能够更加稳定地测量神经元膜电位变化。
上海神经生物学研究所的脑定位膜片钳技术已经被广泛应用于神经生物学研究领域。
膜片钳技术结合了光遗传学技术，在对神经元进行定位的可以改变其内部电位或者激活或抑制其兴奋性，从而探究神经元在不同条件下的活动模式。
这项技术被用于研究神经元与行为的相关性，同时也被用于研究神经元扰动与病理性神经功能障碍等方面的研究。
四、结语上海神经生物学脑定位膜片钳技术具有高精度、高灵敏度和高稳定性的特点，并被广泛应用于神经生物学研究领域。
展望未来，这项技术将会成为神经精神疾病等领域的研究热点，推动神经生物学的发展。
膜片钳技术
膜片钳技术膜片钳技术是一种用于夹持和夹持薄膜材料的高精度工具。
它被广泛应用于各种领域，包括医疗、电子、航空航天、光学等。
本文将介绍膜片钳技术的原理、应用、优势和未来发展方向。
膜片钳技术的原理是利用薄膜的柔性和弹性特性，将其夹持在两个夹持片之间，通过施加适当的压力来固定和控制膜片。
它的结构简单，通常由两个平行的金属夹持片组成，夹持片之间有一层薄膜，可以是金属、塑料或橡胶材料。
膜片钳技术在医疗领域中广泛应用于微创手术。
它可以用于夹持和处理各种组织样本，如血管、肾脏、肺部等。
膜片钳可以通过精确控制夹持力来保护脆弱的组织，减少手术风险和创伤。
此外，膜片钳还可以用于制作微小的缝线和缝合器，用于手术缝合和内脏重建。
在电子领域，膜片钳技术用于处理和夹持微小的电子元件。
由于膜片钳的夹持力可调节且均匀，它可以用于精确地定位和安装电子组件，确保元件之间的准确对齐和联系。
此外，膜片钳还可以用于处理柔性电路板和柔性显示屏等薄膜电子产品，保证其完整性和性能。
在航空航天领域，膜片钳技术用于夹持和固定航天器表面的绝热膜。
夹持膜片的合适压力可以确保膜片与表面的紧密贴合，提供良好的隔热性能，减少航天器受到的热能损失。
此外，膜片钳还可以用于夹持航天器的其他部件和设备，确保它们在运行过程中的稳定性和可靠性。
在光学领域，膜片钳技术用于夹持和夹持光学元件，如透镜、棱镜和滤光片。
膜片钳的夹持力和表面平整度可以确保光学元件的精确定位和对准度，从而提供高质量的光学性能和成像效果。
此外，膜片钳还可以用于夹持光学材料的样本，如光学薄膜和光学纤维，用于实验和测试。
膜片钳技术具有许多优势。
首先，它具有高精度和可调节的夹持力，可以适应不同材料和应用的要求。
其次，膜片钳结构简单，易于制造和操作。
此外，膜片钳具有快速响应和高灵敏度的特性，可以快速调整和控制夹持力。
最重要的是，膜片钳技术可以保护薄膜材料的完整性，减少损伤和污染的风险。
未来，膜片钳技术有许多发展方向。
膜片钳技术及其在神经科学研究中的应用
膜片钳技术及其在神经科学研究中的应用膜片钳技术是一种在神经科学研究中广泛应用的技术，它可以用来记录和操纵神经元的电活动，为研究神经系统的功能和疾病提供重要的工具。
本文将介绍膜片钳技术的原理和应用，并探讨其在神经科学研究中的重要性。
膜片钳技术是一种通过在神经元的细胞膜上形成一个微小的孔洞，并利用微电极记录神经元内外的电位差的方法。
这种技术可以精确地记录神经元的动作电位，从而了解神经元的兴奋性和抑制性。
膜片钳技术的原理基于电生理学的基本原理，即神经元的电活动是由离子通道的开关控制的。
通过在神经元膜上形成一个微小的孔洞，可以通过微电极记录到神经元内外的电位差，从而了解离子通道的开关状态和神经元的电活动。
膜片钳技术在神经科学研究中有广泛的应用。
首先，它可以用来研究神经元的膜电位和动作电位。
研究人员可以通过在神经元膜上形成一个微小的孔洞，并利用膜片钳记录到神经元内外的电位差，从而了解神经元的电活动。
这对于研究神经元的兴奋性和抑制性非常重要，有助于理解神经元的工作原理和信息传递过程。
膜片钳技术还可以用来研究离子通道的功能。
离子通道是神经元膜上的蛋白质通道，它们控制着离子在神经元膜上的通透性，从而调节神经元的电活动。
通过利用膜片钳技术，研究人员可以记录到离子通道的电流，并分析离子通道的开关状态和功能特性。
这对于研究离子通道的结构和功能非常重要，有助于揭示离子通道与神经系统功能和疾病之间的关系。
膜片钳技术还可以用来研究突触传递和突触可塑性。
突触是神经元之间的连接点，通过突触传递神经信号。
膜片钳技术可以用来记录到突触传递的电位变化，并研究突触的功能特性和可塑性。
这对于理解神经系统的信息传递和学习记忆等高级功能非常重要。
在神经科学研究中，膜片钳技术的应用还包括单细胞蛋白质表达、药物筛选和基因编辑等方面。
通过将膜片钳技术与其他技术结合，研究人员可以进一步探索神经系统的功能和疾病机制，为神经科学研究提供更加全面和深入的理解。
膜片钳技术及应用
膜片钳技术的应用领域
神经科学
研究神经元离子通道与动作电 位的产生和传播，以及药物对
神经元功能影响。
心血管
研究心脏离子通道与心律失常 的关系，以及抗心律失常药物 的作用机制。
药理学
研究药物对离子通道的作用机 制和效果，以及新药的开发和 筛选。
其他领域
膜片钳技术还可应用于内分泌 、免疫等领域，研究相关细胞
利用膜片钳技术，可以研究神经元在长期和短期内的电生理变化，了 解学习、记忆等认知过程的神经机制。
药物筛选与开发中的应用
药物作用机制的研究
膜片钳技术可以用于研究药物对离子通道或受体电流的影响，从 而揭示药物的作用机制。
药物筛选
通过膜片钳技术，可以在细胞或组织水平上快速筛选出具有特定 药理作用的药物候选物。
物或其他因素对细胞膜功能的影响。
03 膜片钳技术的应用实例
神经科学研究中的应用
神经元电活动的记录
膜片钳技术可以用来记录单个神经元在静息状态和刺激下的膜电位 变化，从而研究神经元的兴奋性和电生理特性。
突触传递的研究
通过膜片钳技术，可以记录突触后电位，研究神经递质释放、受体 激活和信号转导等过程。
神经可塑性的研究
在医学诊断与治疗中的应用
疾病诊断
膜片钳技术可用于检测细胞膜离子通道的异常变化，从而对某些 疾病进行早期诊断，如癌症、神经退行性疾病等。
药物研发
通过膜片钳技术可以研究药物对离子通道的作用机制，为新药研发 提供有力支持。
个体化治疗
根据患者的离子通道基因变异情况，膜片钳技术可以为个体化治疗 提供精准的用药建议。
高通量与高灵敏度
通过改进膜片钳技术的设计和材料，有望实现高通量和高灵敏度的检测， 从而能够同时记录多个细胞或同一细胞的不同活动，提高实验的效率和 精度。
心脏电生理技术基础(膜片钳)
膜片钳实验操作技巧
准备工作
细胞处理
操作步骤
准备好玻璃微电极、电极填充
获取目标细胞，如心肌细胞或
将玻璃微电极进入细胞膜，形
液和录音设备。
神经元，进行培养和处理。
成一个密封，调整电极位置，
记录和分析电流。
结论和展望
膜片钳是研究心脏电活动和细胞膜离子通道的重要工具。随着技术的进步，
膜片钳的应用范围将进一步扩大，为心脏病、神经科学和药物研发等领域提
供更多的研究突破。
膜片钳的分类
全细胞膜片钳
内外膜片钳
通过破坏细胞膜，将膜片与细胞内外连接，可
只破坏细胞膜的一侧，可以选择性地记录细胞
以记录到细胞内外的完整电活动。
内或细胞外的电活动。
斜膜片钳
差分膜片钳
将膜片与细胞膜倾斜连接，可以记录到细胞内
通过使用两个膜片钳同时记录细胞内外的离子
部的离子通道电流。
通道电流，可以获得更精确的记录。
心脏细胞的电活动和离子通道功能。
变化，帮助研究神经传递机制。
药物筛选和研发
基因工程研究
膜片钳可以用来评估潜在药物对离子通道的作用，
通过记录细胞膜上的电活动，可以研究基因工程对
帮助药物筛选和研发。
细胞功能的影响。膜片钳的优源自点1优点 高分辨率记录细胞膜上的离子电流；可以精确地控制实验条件。
2
缺点
膜片钳的工作原理
膜片钳使用一根玻璃微电极将电极进入细胞膜，形成一个密封。通过施加负压，使电极与细胞膜贴合，形成一
个高阻抗的接触。然后，通过改变电极与细胞膜之间的电位差，可以测量细胞膜上的离子电流。
研究应用举例
心脏细胞的离子通道研究
膜片钳技术的发展及应用
膜片钳技术的发展及应用生命科学学院2010级李积锋1241410007【摘要】膜片钳技术是一种广泛应用于生命科学研究的先进电生理技术，为解决生物信息的跨膜信号传导为题提供了先进的研究手段。
膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的,来反映细胞膜上离子通道活动的一项技术。
它对通过离子通道的离子电流进行记录,目前已发展出多种记录模式,广泛应用于神经科学、药理学、细胞生物学、生理学和分子生物学等学科领域。
概括了膜片钳技术的基本原理,归纳出该技术的主要操作步骤,并对其发展与应用进行了总结。
【关键词】膜片钳离子通道电生理1976年[1]德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann创建了膜片钳技术。
这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。
它和基因克隆技术并架齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。
这一伟大的贡献，使Neher和Sakmann获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。
细胞是动植物和人体的基本组成单元，离子通道是细胞与外界以及与细胞内通信的重要手段。
离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础。
生物电信号通常用电学方法进行测量，因而形成了一门学科—细胞电生理学。
最近50年，三次主要的技术革命推动了细胞电生理学的进展：细胞内记录，电压钳技术和膜片钳技术。
一．膜片钳技术发展历史1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到ACh激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。
1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50 cmH2O的负压吸引，得到10-100GΩ的高阻封接，大大降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。
1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进，引进了膜片游离技术和全细胞记录技术，从而使该技术更趋完善，具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs 的时间分辨率。
杭州神经生物学膜片钳电生理技术原理
杭州神经生物学膜片钳电生理技术原理神经生物学研究一直以来都是一个热门的领域，对于神经元的电活动进行研究也一直是研究者们所关注的重点。
膜片钳技术是一种常用的电生理学技术，常用于记录神经元膜电位和离子通道电流，是研究神经元电生理学特性和细胞膜离子通道的重要工具。
本文将介绍杭州神经生物学膜片钳电生理技术的原理。
膜片钳技术是由美国科学家艾尔德·巴斯获得诺贝尔生理学或医学奖的关键技术之一。
它是通过将微小的玻璃膜片贴附在神经元的膜上，然后利用膜片的微小孔隙作为离子通道，记录神经元膜电位和离子通道电流的技术。
杭州神经生物学膜片钳电生理技术是在膜片钳技术的基础上发展起来的一种技术，它可以记录细胞膜上不同类型离子通道的电流和膜电位，从而研究神经元的离子通道特性和细胞膜的电活动。
杭州神经生物学膜片钳电生理技术的原理是将一根玻璃微电极通过吸管定位到单个神经元的表面，然后将微电极和神经元的膜片贴合在一起，形成一个微小的电容器。
在这个电容器中，可以记录到神经元膜电位和离子通道电流的变化。
在记录膜电位时，需要将微电极的引线接入到一个高阻抗放大器中，通过放大器可以放大微电极记录到的微弱电信号。
同时，为了防止外界的电磁干扰，需要将放大器和微电极之间用金属屏蔽线连接起来，形成一个屏蔽回路。
在记录离子通道电流时，需要将微电极的引线接入到一个电流放大器中，通过电流放大器可以放大微电极记录到的微弱电流信号。
此时，需要在离子通道上添加特定的离子，通过改变离子浓度可以使离子通道开放或关闭，从而控制离子通道电流的大小和方向。
总的来说，杭州神经生物学膜片钳电生理技术是一种高精度、高灵敏度的电生理学技术，可以用于研究神经元的电生理学特性和离子通道特性。
它在神经生物学领域的研究中有着广泛的应用，可以为神经科学研究提供有力的工具。
全细胞膜片钳技术在视网膜神经元电压门控离子通道研究中的应用
水 平研 究 药 物 作 用 机 制 。全 细 胞 记 录 法 具 有 划 时 代 意 义 ， 不 仅 同 其 它 膜 片 电极 法 一 样 用 于 它
膜 片通 道 的 生 物 物 理 学 研 究 ， 用 于膜 片 通 道 还 的细 胞 生 理 学 研 究 ， 已在 多 种 细 胞 上 发 现 细 现
细 胞 膜 离 子 通 道 介 导 的离 子 跨 膜 运 动 及 膜 电 位
电流 ， 哺 乳 动 物 神 经 元 （ 小 多 在 ２ 如 大 ０～
３／ 。因电极 内液 与细 胞 内液 相通 ， ０ ｍ） ￣ 电极 与 封 接 细 胞 成 为 电 学 整 体 ， 记 录 到 一 个 完 整 细 可 胞 产 生 的 电活 动 ， 细 胞 水 平 观 察 离 子 通 道 机 从 能 ， 在 同一 细 胞 上可 观 察不 同通 道 的活 动 。 且 该方 法 最 大 优 点 是 损 伤 小 ， 持 细 胞 正 常 生 理 保 功能 ， 子 通 道 变 化 可 直 接 通 过 细 胞 功 能 表 离 现 ＿＿ ２。全 细 胞 记 录 法 可 记 录 到 传 统 电生 理 方 ２ 法忽 略 的 较 小 电压 门控 电流 （０２ １ － ｍｏ／ ｌ
寻求 准 确 有 效 的 技 术 手 段 ， 解 视 网膜 各 类 神 了 经 细 胞 ， 别 是 神 经 元 的 电 生 理 特 征 及 调 控 因 特
素 ， 视 网膜 移 植 研 究 的进 一 步 发 展 和 临 床 应 对
用 有 重要 意 义 。
使 电极 内 液 与 细 胞 内液 混 合 ， 过 刺 激 电 极 诱 通
的改 变 。用 电生 理 学 方 法 了解 神 经 活 动 中 离子
运 动 ， 胞膜 离 子 通 道 动 力 学 、 透 性 、 择 性 细 通 选
离子通道及其应用研究进展
离子通道及其应用研究进展离子通道是一种在细胞膜上负责离子传输的蛋白通道。
它们可以在正常生理条件下调节细胞内外离子交换和细胞内外电位差，从而参与一系列生物过程。
离子通道在医学领域有着广泛的应用研究，并取得了重要的进展。
首先，离子通道在药物研发方面有着重要的作用。
离子通道是许多药物的靶点，调节离子通道活性可以影响神经传导、心脏肌肉收缩等功能。
通过研究离子通道结构和功能，科学家们可以设计出能够选择性激活或抑制特定离子通道的药物，用于治疗神经系统疾病、心脏病等疾病。
例如，钙离子通道是心脏肌肉收缩的关键调节者，研究人员通过开发钙离子通道拮抗剂，成功用于治疗心律失常等疾病。
其次，离子通道在神经系统疾病研究中发挥重要作用。
神经系统疾病如癫痫、帕金森病等常常与离子通道的异常功能有关。
通过研究离子通道的突变及异常活性，科学家们可以揭示神经系统疾病的病理机制，并开发针对特定离子通道的治疗方法。
例如，帕金森病与钾离子通道的突变相关，研究人员可以通过开发靶向这些突变通道的药物，改善患者的病情。
再次，离子通道在科学研究中用于细胞内外电活动的记录。
离子通道参与神经元之间的电信号传导，记录离子通道的活性可以帮助科学家们理解神经网络的功能和调节机制。
近年来，出现了许多新的电生理方法，如膜片钳技术和蛋白表达技术，使研究人员能够更准确地记录和操控离子通道的活性，从而揭示细胞内外的离子流动和电位差的变化。
最后，离子通道还在生物传感器的设计中发挥重要作用。
利用离子通道对特定离子的选择性传递性质，科学家们可以将离子通道嵌入到生物传感器中，用于检测环境中的特定离子浓度。
通过监测离子通道的离子流动，可以实现对环境中离子浓度的快速和准确的检测。
这在环境监测和医学诊断等领域具有重要意义。
总的来说，离子通道在医学和生物科学研究中有着广泛的应用。
通过研究离子通道的结构和功能，科学家们能够揭示离子流动的机制，并开发新的药物和技术来治疗疾病、了解神经系统的功能和发展先进的生物传感器。
离子通道药物筛选技术的改进及应用
离子通道药物筛选技术的改进及应用一、前言离子通道是细胞膜上的蛋白质分子，参与了多种生理过程，包括肌肉收缩、神经传递和细胞分化等。
离子通道药物在细胞的生理和病理过程中起着重要作用。
因此，离子通道药物筛选技术的改进和应用也就显得尤为重要。
近年来，随着生物技术和计算机技术的不断更新换代，离子通道药物筛选技术也得到了前所未有的快速发展。
本文将探讨离子通道药物筛选技术的改进及应用。
二、离子通道和离子通道药物的简介离子通道是以一种穿过细胞膜的蛋白质通道形式存在的膜蛋白。
它能够极大地提高离子在细胞内外的转运速率，维持细胞内外离子浓度的平衡，从而实现多种生命功能。
离子通道可以分为阳离子通道和阴离子通道两种。
阳离子通道内部通常具有较低的负电位，在此情况下，阳离子通常会朝向通道中心流动，形成电流。
离子通道还可以进一步细分为多种类型，包括钠通道、钾通道、钙通道等。
离子通道药物是一类具有针对性的药物，这些药物主要是以针对离子通道蛋白质的结构和功能为目标的。
离子通道药物可以完成很多特定的细胞功能，如调节细胞膜电位、调节钙离子浓度等。
离子通道药物广泛应用于临床治疗和疾病研究，如癫痫、心血管疾病和痛感控制等。
三、离子通道药物筛选技术的改进1. 离子通道膜片钳技术离子通道膜片钳技术是目前主要用于检测药物对离子通道的影响的一种技术。
这种技术需要切割离子通道蛋白质的细胞膜，并将离子通道蛋白质与一对玻璃电极卡在一起，使药物通过玻璃电极进入到膜片里，从而实现对离子通道蛋白质的影响测试。
这种技术可以精确地测试每一个单个离子通道的活动，但缺点是操作复杂，成本高昂。
2. 全细胞电生理技术全细胞电生理技术是一种新的离子通道药物筛选技术，它可以更快速、简便地测定离子通道药物的活性，获得更精准的结论。
该技术的基本原理是利用大量的离子通道蛋白质来形成细胞，然后使用电极作用于细胞，检测药物对离子通道蛋白质的影响。
全细胞电生理技术具有高通量的特点，能够通过多重通道，同时评估同一实验中的多种药物。
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术是一种研究细胞膜离子通道的有效方法，其原理基于细胞膜上存在离子通道，可以使用微型电极记录离子通道的开放和关闭过程。
该技术以下列步骤进行：
1.制备微型电极：将细的玻璃管拉制成具有微小开口的电极，称为玻璃微针电极。
2.制备膜片：从细胞培养皿中取出细胞，并在适当的缓冲液中制成膜片，通常使用人工贴附法或机械剪切法制备薄膜。
3.在膜片上形成电极：将玻璃微针电极与膜片接触，通过微小的吸引力将玻璃微针电极吸附在膜片上。
4.形成紧密接触：通过微小的压力和真空吸附使玻璃微针电极与膜片紧密连接。
5.记录电流：使用电极记录器测量微小电流变化，记录离子通道的活动。
通过这些步骤，可以实现对单个离子通道的记录和分析，从而研究离子通道的特性和功能。
离子通道研究技术的最新进展_全自动膜片钳技术
孔都是大小均一的直径约 1 ～2μm 的小孔 ,每个小 孔下面有电极连接到放大器 ,可对实验过程中的电 流变化进行记录 。将细胞悬浮液加载到平板玻璃孔 上 ,通过调节压力和吸力 ,一个细胞便可以自动定位 在小孔上 (相当于微管电极的尖端 ) ,自动进行封 接 ,自动判断封接并进一步施加负压破膜以进行全 细胞模式实验〔4, 5〕。
A 需要受过良好训练的电生理学专家 B通量很低 ,一天的实验数据量不超过 10 C劳动力投入密集 ,试验操作过程复杂 D不适合药物粗筛 /二次筛选 E技术自动化非常困难 ,且不能进行平行检测
1 多款全自动膜片钳系统分析
1. 1 技术实现原理 Nanion 公司的 PatchL iner NPCκ 216 , Molecular
引言
细胞是通过细胞膜与外界隔离的 ,在细胞膜上 有很多种离子通道 ,细胞通过这些通道与外界进行 离子交换 。离子通道在许多细胞活动中都起关键作
病主要 有 : 癫 痫 ( c ar2 rhythm ia ) 、糖 尿 病 ( diabetes) 、高 血 压 ( hyperten2 sion) 、舞蹈症 (Huntington’s disease) 、帕金森症 ( Par2 kinson’s disease) ……。
当前研究需要 。 Flyion公司的全自动膜片钳机器人 所采用的 Flip tip 微管技术在试验中封接数值一般 分布在 1 ～10GΩ 范围内 ,封接的成功率在 70% ～ 90%并且对近 20 个细胞系有效 (如 CHO , L929, JurkatCHL , LTK, HEK293 ) 。较高的成功率和封接 质量源于使用玻璃管式的微管技术 ,因为传统的玻 璃管在烧熔过程中具有超洁净 、超光滑 、高阻抗和低 成本的特性 ,至今还没有任何材料可以替代 。
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优 点
缺 点
A高信息量 :能改变细胞膜电位 ,单细胞记录 B高灵敏性 :能记录到 pA级电流变化和单通道 开关状态 C灵活性好 :可以控制改变细胞膜内外的溶液成分 D应用范围广 :可以分析检测所有的离子通道类型 E相对于荧光标记和放射性标记等手段具有更高权 威性和精确性 〔1〕
图 1 多种膜片钳技术实现的原理及过程图示〔4〕 ( a) 传统膜片钳 :移动玻璃微电极至选定的细胞膜上 ; ( b) 平 板微阵列膜片钳 :通过负压的作用把自动细胞摆放在微电极记录尖 端 ; ( c) 翻转膜片钳 :细胞从管顶端注入微管内部并被冲到管底 。
1. 2 封接的质量问题 一般而言 ,能达到 1GΩ 以上的封接都能够满足
在进行药物粗筛时 ,通常制药公司会选择投入 10～20万欧元以完成一百万个化合物的测试 。而 在进行第二次药物化合物筛选和药物安全性测试中 (如 hERG早期安全性测试 ) ,为尽早得到药物的药 理和毒理相关的高质量的数据 ,用户愿意投入 5 ～ 10欧元 /数据点 。目前而言 ,使用 Flyion 公司 Fly2 screenµ 8500的耗材价格相对比较便宜 ,平均每获 得一个数据点大约需要投入 5欧元左右 。其他几个 公司分别为 : Nanion 公司的 PatchL iner NPCκ 216 需 要花费 10欧元以上 /数据点 ; Molecular Devices公司 的 Ionworks HT和 PatchXp ress 7000A 也分别需要投 入 10欧元左右以获得一个数据点 。 1. 6 各款仪器的其它优点
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现代仪器 (www. moderninstrs. org. cn)
二 ○○七年 ·第二期
Flyion 公司采用的是翻转膜片钳技术 ( FL IP2 THE2TIP) ,全部操作过程由软件设定机器人完成 。 流程如下 :机器人自动将细胞注入 Flip tip 微管 ( Fly2 ion公司专利技术 ) ,然后自动把细胞冲洗到管尖底 部 ,在负压的吸引下形成传统的吉欧封接 。自动判 断封接形成是否良好并自动破膜形成全细胞模式 。 随后 ,药物化合物等可以被自动应用到管内进行全 细胞模式实验 。这种方式形成的膜片钳完全排除显 微镜和显微操作 ,从而革命性的实现膜片钳技术的 全自动化〔7, 8〕。各自的膜片钳实现原理 (见图 1) 。
片需要每隔一小段时间进行手工替换 ,因此在全自 动的性能表现方面还需要提高 。 Ionworks HT是目 前市场上面通量表现最高的仪器 ,且由于其独特的 “PPC”技术 ,在实验的成功率方面表现也很优秀 。 PatchXp ress 7000A 的通量表现和实验数据质量方面 也是表现良好 。
拟筛选技术进行初筛 ,把初筛结果再结合全自动膜 片钳技术进行实验上的验证 。虚拟筛选技术〔3〕,即 把已经测定三维结构的小分子化合物或者是多肽化 合物与已经测定三维结构的生物大分子靶标 (如离 子通道 ) ,通过分子对接软件进行计算机模拟 ,最后 得到小分子 - 受体复合物的三维结构 ,而进行筛选 研究 。虚拟筛选的目的同样是从数十万到数百万化 合物库中筛选出可能的小分子化合物 ,再进一步进 行实验研究 。把全自动膜片钳技术结合以离子通道 为靶标的高通量虚拟筛选研究技术 ,无疑将会极大 的缩短研究时间和节省大量的研究经费 。
A 需要受过良好训练的电生理学专家 B通量很低 ,一天的实验数据量不超过 10 C劳动力投入密集 ,试验操作过程复杂 D不适合药物粗筛 /二次筛选 E技术自动化非常困难 ,且不能进行平行检测
1 多款全自动膜片钳系统分析
1. 1 技术实现原理 Nanion 公司的 PatchL iner NPCκ 216 , Molecular
同时 ,根据该规章的要求美国 FDA 撤除由于致 QT 间期延长的处方药 ,约为全部从市场撤除处方药的 40% 。为此 ,新的早期药物安全评测方式需要引入 制药研发过程中 ,以便及早发现候选化合物潜在的 心脏毒性 ,尽可能减少新药研发的投资与风险 ,而采 用全自动膜片钳技术正是解决该问题的最佳选择 。
引言
细胞是通过细胞膜与外界隔离的 ,在细胞膜上 有很多种离子通道 ,细胞通过这些通道与外界进行 离子交换 。离子通道在许多细胞活动中都起关键作
病主要 有 : 癫 痫 ( ep ilep sy) 、心 律 失 常 ( Cardiac ar2 rhythm ia ) 、糖 尿 病 ( diabetes) 、高 血 压 ( hyperten2 sion) 、舞蹈症 (Huntington’s disease) 、帕金森症 ( Par2 kinson’s disease) ……。
2 应用与分析
3 总结与展望
全自动膜片钳技术一个重要的应用方向是检测
早期药物化合物对 hERG的毒副作用 。 hERG ( hu2 man ether2a2go2go related gene) 通道产生的电流是 心室复极中最重要的电流 。通道被药物后抑制直接
导致 Long QT综合症 ,很可能演变成尖端扭转型室 性心动过速 ,心室纤颤 ,直至猝死 。目前发现几乎所 有的 临 床 药 物 所 至 的 LQT 或 者 TdP 都 作 用 于 hERG,且导致 hERG抑制的药物在化学结构上没有 明显的共性 ,从而很难预测 ,仅有通过实验的方式给 予解决〔2〕。2004年 , ICH 和美国 FDA 都颁布关于非 临床检测 Ikr(其中主要是 hERG)的规章 ,要求药物 上市时必须提供作用于离子通道的电流变化数据 。
二 ○○七年 ·第二期
仪器评介
011MΩ 左右 ,并且阻值大小和微管形状能够根据客 户的意愿进行定制〔7〕。 PatchL iner N PCκ 216 在快速 换液和微量加药方面同样表现很突出 ,膜片钳的工 作方式是全细胞膜片钳 ,该系统在易用性上表现良 好 。但是该仪器在试验中所使用的耗材玻璃平板芯
调查显示 ,大部分用户希望能够获得 20000 数 据点 /天 (8h工作日时间 ) 。目前的制药公司在进行
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药物粗筛时 ,一般要达到 50 ～100 万数据点 /天 ,而 且在未来 5年内这一数值还会进一步提高 。根据目 前的全自动膜片钳系统通量来看 ,其主要适合于小 规模或者中等规模的药物筛选 。目前市场上通量表 现最高的膜片钳仪器为 3000 数据点 /天 ( Ionworks HT) 。其他的几款仪器通量分别为 : Flyscreenµ 8500 300～1000 /天 , PatchL iner NPCκ 216 250 /天 , PatchX2 p ress 7000A 1000 /天 。 1. 4 对电压门控通道和配体门控通道研究的兼容性
当前研究需要 。 Flyion公司的全自动膜片钳机器人 所采用的 Flip tip 微管技术在试验中封接数值一般 分布在 1 ～10GΩ 范围内 ,封接的成功率在 70% ～ 90%并且对近 20 个细胞系有效 (如 CHO , L929, JurkatCHL , LTK, HEK293 ) 。较高的成功率和封接 质量源于使用玻璃管式的微管技术 ,因为传统的玻 璃管在烧熔过程中具有超洁净 、超光滑 、高阻抗和低 成本的特性 ,至今还没有任何材料可以替代 。
除上述共同特征之外 ,这四款仪器还有各自的 优点 。 Flyscreenµ 8500在药物微量加样方面表现非 常优秀 ,每次加样体积最低可以控制在 5μL 左右 , 极大的有利于节省珍贵或者稀有药物 ;其膜片钳的 工作方式除全细胞膜片钳方式外 ,还有穿孔膜片钳 方式 ,且能稳定工作约 30m in左右 ; Flip稳定在 019 ±
PatchL iner NPCκ 216和 PatchXp ress 7000A 都采 用的是 16孔玻璃平板微阵列技术 ,在通常的情况下 也对多个细胞系达到吉欧封接 ,一般地实验成功几 率在 60% ～80%左右 。但是 Ionworks HT在封接质 量上面表现有待提高 ,它采用的是 384孔的塑料平 板微阵列技术 ,试验中平均封接阻值一般在 100 ～ 200MΩ 左右 。但由于其采用 PPC ( Population Patch Clamp )技术 ,即同时对多个细胞进行膜片钳试验然 后取均值作为一个细胞的实验结果 ,这样达到较高 的实验成功率 (最高可达 90%左右 ) ,但是却以更高 的消耗为代价〔8〕。 1. 3 通量表现
离子通道的实验研究最初主要来源于生理学实
用 ,它是生物电活动的基础 ,在细胞内和细胞间信号 验 。1949～1952 年 , Hodgkin 等发展的“电压钳技 传递中起着重要作用 。随着基因组测序工作的完 术 ”为离子通透性的研究提供技术条件 。60年代中 成 ,更多的离子通道基因被鉴定出来 ,离子通道基因 期 ,一些特异性通道抑制剂的发现为离子通道的研 约占 1. 5% ,至少有 400 个基因编码离子通道 。相 究提供有力武器 。 1976 年 Neher和 Sakmann 发展 应的由于离子通道功能改变所引起的中枢及外周疾 的膜片钳技术直接记录离子单通道电流 ,为从分子 病也越来越受到重视 。以离子通道作为靶标的药物 水平上研究离子通道提供直接手段 。80年代中期 , 现占总靶标的 5% ,而潜在的离子通道靶标药物将 生化技术的进步 ,分子生物学以及基因重组技术的 占总靶标的 25% ,因此开发离子通道为靶标的药物 发展 ,使人们能够分离纯化许多不同的通道蛋白 ,直 将具有广阔的市场前景 。已知与离子通道有关的疾 接研究离子通道的结构与功能关系 (见表 1) 。
Devices公司的 Ionworks HT 和 PatchXp ress 7000A 全部采用的是平板微阵列技术 。其技术特点如下 : 在平板电极上打磨或者使用金属离子轰击成孔 ,每
孔都是大小均一的直径约 1 ～2μm 的小孔 ,每个小 孔下面有电极连接到放大器 ,可对实验过程中的电 流变化进行记录 。将细胞悬浮液加载到平板玻璃孔 上 ,通过调节压力和吸力 ,一个细胞便可以自动定位 在小孔上 (相当于微管电极的尖端 ) ,自动进行封 接 ,自动判断封接并进一步施加负压破膜以进行全 细胞模式实验〔4, 5〕。