广州电生理膜片钳原理

膜片钳技术及其发展概况烟台绿叶

（3）使用的标本种类繁多从最早的肌细胞（心肌、平滑肌、骨骼肌）、神经元和
内分泌细胞发展到血细胞、肝细胞、耳窝毛细胞、胃壁细胞、上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞、精母细胞等多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞（包括细胞株）发展到组织片（如脑片、脊髓片）乃至整体动物；从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾卵母细胞发展到昆虫细胞、鸡细胞、大鼠细胞、人细胞等等；从动物细胞发展到细菌、真菌以及植物细胞。此外，膜片钳技术还广泛地应用到平面双分子层（Planar bilayer）、脂质体（Liposome）等人工标本上。
数模/模数转换器高速、低噪音的Digidata 1440A
pClamp 10数据采集分析软件
PatchMaster采样软件
正置显微镜
组织薄片盲法膜片钳－普通解剖显微镜可视膜片钳－ DIC显微镜
IR-DIC显微镜（Olympus BX51, Nikon FN-1）
显微镜X-Y移动台与支撑平台
（4）研究对象已经不局限于离子通道从对离子通道（配体门控性、电压门控性、第二信使介导的
离子通道、机械敏感性离子通道以及缝隙连接通道等等）的研究发展到对离子泵、交换体以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。
（5）膜片钳电极已经不单单是传统意义上的电信号记录电极它还作为其它研究方法的工具使用，如用于进行单细胞
1983 年 10 月， Sakmann 和 Neher 主编的《Single-Channel Recording》一书问世，对当时的膜片钳技术进行了全面、系统的总结，从此奠定了膜片钳技术的里程碑。
1995年，《Single-Channel Recording》一书再版，增添了大量膜片钳技术的新内容，几乎当时国际上所有的知名膜片钳专家都参与了编写，成为目前膜片钳技术研究领域的最经典著作。

膜片钳技术的基本原理

膜片钳技术的基本原理膜片钳技术的基本原理膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA 级）进行检测记录。

膜片钳技术的原理及应用（综述）Intro：细胞是构成生物体的基本单位。

细胞内和细胞之间的信号传导的重要途径是通过镶嵌在细胞膜上的离子通道蛋白进行的。

1976年，德国的两位细胞生物学家埃尔温. 内尔（Erwin Neher）和贝尔特. 萨克曼（Bert Sakmann）建立了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或多数离子通道分子活动的技术，成为膜片钳技术（Patch Clamp）。

这一技术使对细胞电活动的研究精度提高到1pA 的电流分辨率，1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率水平，是细胞和分子水平的生理学研究领域的一次革命性突破。

它与基因克隆技术（Gene Cloning）并驾齐驱，推动了生命科学研究的迅速发展。

为此，1991年的诺贝尔医学与生理学奖授予了这两位学者，以表彰他们的突出贡献。

这一能精确描述细胞通道特征的实验方法在问世后的短短十几年时间里，已经在生物学研究领域显示出了非常重要的意义和广阔的应用前景。

一. 膜片钳技术的基本原理膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA 级）进行检测记录。

（如图1）图1 膜片钳技术原理图Rs是与膜片阻扰相串联的局部串联电阻（或称入路阻扰），Rseal 是封接阻抗。

Rs通常为1-5MΩ，若Rseal高达10GΩ以上时成为Ip/I=Rseal/（Rs+Rseal）-1，此Ip可作为在I-V转换器（点线）内的高阻扰反馈电阻（Rf）的电压下降而被检出。

膜片钳原理

膜片钳技术的原理
膜片钳技术是用微管电极接触细胞膜，以千兆欧姆（gigaohm seal GΩ）以上的阻抗使之封接，使于电极尖开口处相接的细胞膜的小区域（膜片 patch）与其周围在电学学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（ pA 级最小可达 0.06pA ）进行检测记录的方法。
1980年Neher于在一次实验中偶然的向微电极内施加一点负压（20-30cmH2O）,封接电阻骤然增大了两个数量级，达到10-100GΩ，且背景噪声显著减低，后来将这种电阻大于gigaΩ(109 Ω)的封接称为giga-seal。1981年，Hamill等在实现giga-seal 的基础上建立了膜片钳记录的4种基本模式，在此基础上，以后有发展了许多新的记录模式，从而大大扩展了它的应用领域。Neher 和Sakman 也因此获得1991年度的诺贝尔医学和生理学奖。当今全世界每年有1000篇以上采用膜片钳技术的研究论文发表。
膜片钳技术包括细胞的分离和膜处理技术，膜片钳放大器等试验仪器的安装和调试，微电极的制作，数据的采集和处理技术等。
膜片钳实验的构成膜片钳实验仪器设备主要有放大器、微型操纵器（微超）、倒置显微镜、防震台、屏蔽笼、灌流槽和数据采集和处理设（计算机）。其中膜片钳放大器（ amplifier ）、微型操纵器（微操 micromanipulator ）、倒置显微镜 (inverted microscope) 是膜片钳实验区别于一般电生理实验所需要的仪器。
膜片钳和钙图象技术的联合应用测定单一活细胞的钙浓度
通过膜片钳微电极将指示剂染料注入细胞，用共聚焦激光扫描显微镜配以高灵敏的 CCD(charge-coupled device) 图像记录系统，能快速、精确测定钙的动态参数和分析处理。近年来这一技术在耳鼻喉研究领域应用广泛。

膜片钳技术原理与基本操作

膜片钳技术原理与基本操作1976 年Neher 和Sakmann 建立了膜片钳技术（Patch clamp technique），这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数的离子通道分子活动的技术。

1981 年Hamill, Neher 等人又对膜片钳实验方法和电子线路进行了改进，形成了当今广泛应用的膜片钳实验技术。

该技术可应用于许多细胞系的研究，也是目前唯一可记录一个蛋白分子电活动的方法，膜片钳技术和克隆技术并驾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 年诺贝尔医学与生理学奖。

一、膜片钳技术的基本原理用一个尖端直径在1.5~3.0μm 的玻璃微电极接触细胞膜表面，通过负压吸引使电极尖端与细胞膜之间形成千兆欧姆以上的阻抗封接，此时电极尖端下的细胞膜小区域（膜片，patch）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定（钳制，Clamp）电位，对此膜片上的离子通道的离子电流进行监测及记录。

基本的仪器设备有膜片钳放大器、计算机、倒置显微镜、示波器、双步电极拉制器、三轴液压显微操纵器、屏蔽防震实验台、恒温标本灌流槽、玻璃微电极研磨器。

膜片钳放大器是离子单通道测定和全细胞记录的关键设备，具有高灵敏度、高增益、低噪音及高输入阻抗。

膜片钳放大器是通过单根电极对细胞或膜片进行钳制的同时记录离子流经通道所产生的电流。

膜片钳放大器的核心部分是以运算放大器和反馈电阻构成的电流-电压（I-V）转换器，运算放大器作为电压控制器自动控制，使钳制电位稳定在一定的水平上。

二、操作步骤1.膜片钳微电极制作(1) 玻璃毛细管的选择：有二种玻璃类型，一是软质的苏打玻璃，另一是硬质的硼硅酸盐玻璃。

软质玻璃在拉制和抛光成弹头形尖端时锥度陡直，可降低电极的串联电阻，对膜片钳的全细胞记录模式很有利；硬质玻璃的噪声低，在单通道记录时多选用。

玻璃毛细管的直径应符合电极支架的规格，一般外部直径在1.1~1.2mm。

patch clamp膜片钳技术的原理和应用(超全的哦)

1976年德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann创建了膜片钳技术（patch clamp recording technique）。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）。以后由于吉欧姆阻抗封接(gigaohm seal, 109Ω)方法的确立和几种方法的创建。这种技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火，它和基因克隆技术（gene cloning）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。
第二部分
一：应用学科
膜片钳技术的应用
膜片钳技术发展至今，已经成为现代细胞电生理的常规方法，它不仅可以作为基础生物医学研究的工具，而且直接或间接为临床医学研究服务，目前膜片钳技术广泛应用于神经（脑）科学、心血管科学、药理学、细胞生物学、病理生理学、中医药学、植物细胞生理学、运动生理等多学科领域研究。随着全自动膜片钳技术（Automatic patch clamp technology）的出现，膜片钳技术因其具有的自动化、高通量特性，在药物研发、药物筛选中显示了强劲的生命力。
5.对药物作用机制的研在通道电流记录中，可分别于不同时间、不同部位（膜内或膜外）施加各种浓度的药物，研究它们对通道功能的可能影响，了解那些选择性作用于通道的药物影响人和动物生理功能的分子机理。这是目前膜片钳技术应用最广泛的领域，既有对西药药物机制的探讨，也广泛用在重要药理的研究上。如开丽等报道细胞贴附式膜片钳单通道记录法观测到人参二醇组皂苷可抑制正常和“缺血”诱导的大鼠大脑皮层神经元L-型钙通道的开放，从而减少钙内流，对缺血细胞可能有保护作用。陈龙等报道采用细胞贴附式单通道记录法发现乌头碱对培养的Wistar大鼠心室肌细胞L-型钙通道有阻滞作用。

膜片钳技术及其应用

细胞信号转导的研究
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。

膜片钳记录法

膜片钳记录法（Patch Clamp Recording）是一种生理学实验技术，用于测量细胞膜离子通道或受体的电生理特性和活动。

该技术的基本原理是使用微型玻璃电极将一个非常小的玻璃管（称为膜片）贴附到单个细胞的表面上，从而形成一个微小的、高阻抗的突触点。

然后在膜片和细胞膜之间形成一个密封，并使用微电极或电极芯片记录跨越这个突触点的电位变化。

这种技术可以测量非常小的电流变化（尤其是亚毫安级别），因此非常适合研究离子通道和受体的活动。

通过控制细胞环境的情况，例如改变温度、pH值或添加化学物质，可以进一步调节离子通道和受体的电生理属性及其响应模式。

这种方法还可以用于研究各种细胞类型的电生理特性，包括神经元和心肌细胞等。

膜片钳记录法是一种十分精密的技术，在操作过程中需要非常小心谨慎，以避免损坏细胞或膜片。

同时，该技术需要一定的专业知识和设备支持，因此通常由有经验的生理学家和技术人员来执行。

总之，膜片钳记录法是一种重要的电生理技术，已经成为研究离子通道和受体的电生理学特性的关键工具之一，对于揭示神经、心血管等多种疾病的发病机制和治疗方法也具有重要意义。

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。

广州细胞生物学膜片钳电生理技术原理

广州细胞生物学膜片钳电生理技术原理
膜片钳电生理技术是一种记录单个细胞或亚细胞电生理活动的方法。

其原理是利用玻璃膜片将电极与细胞膜间隔开，形成一个微型细胞质突起，称为膜片钳。

在膜片钳的控制下，能够在缺氧水剂下保存细胞，使得电极能够记录到细胞的电活动信号。

膜片钳技术是通过将精细的电子测量技术应用于生物膜的研究来揭示细胞的电生理活动。

底部的电极通过玻璃杆和吸盘进入细胞，并形成一个不透明的，含有许多离子通道的孔，称为膜片。

这种技术可以通过放置离子通道调节剂在膜片上，从而控制细胞内离子通道的打开或关闭，以观察和解析细胞膜电势以及离子流动的变化和机制。

膜片管电生理技术常用于研究包括细胞膜静息膜电势、兴奋性质和传感器响应等生理过程，还用于研究神经元膜上参与神经递质释放或细胞内导致细胞凋亡的离子通道等多个研究领域。

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。

细胞电生理学基本原理与膜片钳技术

细胞电生理学基本原理与膜片钳技术细胞电生理学是研究细胞内外电流、电压变化以及与生物学功能的关系的学科。

而膜片钳技术则是细胞电生理学中最重要的实验技术之一，用于测量细胞膜上离子通道的电流。

细胞电生理学的基本原理是通过测量细胞膜上的电位变化来研究细胞内外离子的分布和运动。

细胞膜是由脂质双层组成的，其中包含了各种离子通道和离子泵，这些离子通道和泵的开闭状态会导致细胞内外离子浓度的变化，从而产生电位的变化。

膜片钳技术是一种高精度的电生理记录技术，通过将玻璃微电极与细胞膜紧密接触，形成一个微小的隔离空间，从而可以测量细胞膜上的电位变化。

膜片钳技术主要包括两种形式：全细胞膜片钳和单通道膜片钳。

全细胞膜片钳技术是将玻璃微电极与细胞膜上的一个小区域接触，通过控制微电极与细胞膜的紧密接触程度，形成一个微小的隔离空间，从而可以记录到整个细胞膜上的电位变化。

全细胞膜片钳技术可以用来研究细胞内外离子浓度的变化、离子通道的活性以及细胞内外离子的转运等。

单通道膜片钳技术是将玻璃微电极与细胞膜上的某一个离子通道接触，通过控制微电极与细胞膜的紧密接触程度，形成一个微小的隔离空间，从而可以记录到单个离子通道的电流变化。

单通道膜片钳技术可以用来研究离子通道的电导率、选择性以及开闭状态等。

膜片钳技术的关键是保持微电极与细胞膜的紧密接触，这需要一定的技术和经验。

在进行膜片钳实验时，需要注意控制微电极与细胞膜的距离、微电极的阻抗以及细胞膜的稳定性等因素，以确保记录到准确的电位变化或电流变化。

膜片钳技术的应用非常广泛。

它可以用来研究离子通道的结构和功能，揭示离子通道与各种生物学功能的关系。

比如，通过记录钠通道的电流变化，可以研究神经细胞的兴奋性和抑制性传递过程；通过记录钾通道的电流变化，可以研究细胞的稳定性和兴奋性调节等。

膜片钳技术还可以用于药物筛选和药理学研究。

通过记录离子通道的电流变化，可以评估不同药物对离子通道的影响，从而筛选出具有特定药理作用的药物。

膜片钳技术原理及相关基本知识

内分泌系统研究
膜片钳技术可以用于研究内分泌系统的电生理特性，了解激素分泌的调节机制。
其他领域的应用
肿瘤学研究
膜片钳技术可以用于研究肿瘤细胞的电生理特性，了解肿瘤的发生和发展机制。
免疫学研究
膜片钳技术可以用于研究免疫细胞的电生理特性，了解免疫反应的调节机制。
THANKS
感谢观看
膜片钳技术可以用于药物筛选，快速筛选出具有潜在治疗作用的药物。
膜片钳技术可以用于研究药物对离子通道的影响，了解药物的副作用和不良反应。
生理学领域的应用
心血管系统研究
膜片钳技术可以用于研究心血管系统的电生理特性，了解心脏和血管的电活动和功能。
呼吸系统研究
膜片钳技术可以用于研究呼吸系统的电生理特性，了解呼吸肌的电活动和功能。
膜片钳技术的应用领域
生理学研究
研究细胞膜离子通道的电生理特征和功能，揭示生理状态下
细胞膜电活动的规律。
药理学研究
研究药物对离子通道的作用机制和效果，为新药研发提供实验依据。
神经科学研究
研究神经元和神经网络的电活动和信息传递机制，揭示神经系统的工作原理。
疾病机制研究
研究疾病状态下细胞膜离子通道的异常变化，为疾病诊断和
数据采集
使用膜片钳系统记录细胞膜电位变化，通过放大器和记录器获取数据。
数据筛选
排除异常或噪声数据，确保数据质量。
数据转换
将原始数据转换为适合分析的格式，如电压值或电流值。
数据分析方法
统计分析
对数据进行统计分析，如平均值、标准差、相关性等。
频谱分析
对数据进行频谱分析，以了解信号的频率成分。
膜片钳技术适用于多种细胞类型，包括神经元、肌肉细胞、上皮细胞等，具有广泛的应用范围。

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)

心脏电生理技术基础(膜片钳)
在这个介绍性部分，我们将探讨心脏电生理技术基础中的膜片钳。
膜片钳的工作原理
膜片钳是一种用于研究和探索心脏电生理活动的工具。它通过将电压施加在细胞膜上，控制离子通道的开闭以观察和记录细胞的电活动。
常见的膜片钳类型
1 全细胞膜片钳
通过创建一个完整的细胞内外环境，用于研究细胞内信号和离子流。
膜片钳也可以应用于神经细胞研究，了解神经元的电活动。
膜片钳的优缺点
1 优点
提供高分辨率的电生理数据，能够直接测量细胞内外的离子流动。
2 缺点
操作复杂，需要专业的技术和设备。
膜片钳的使用注意事项
1 细心准备
确保实验仪器和玻璃微电极都处于最佳状态。
2 稳定细胞
维持稳定的温度和pH值，以保证细胞膜的健康和稳定。
3 小心处理
小心操作，避免破坏或污染微电极。
结论和要点
膜片钳是一种重要的工具，用于研究和理解心脏和神经细胞的电生理活动。在正确使用和操作的情况下，它可以提供有价值的数将玻璃微电极插入细胞内部，探测细胞内离子流。
3 外部断膜片钳
通过将玻璃微电极附着在细胞外表面，记录细胞外离子流。
膜片钳的应用领域
心脏疾病研究
膜片钳可以帮助研究心脏的电生理特性，了解心脏疾病的发生机制。
药物研发
通过使用膜片钳，可以评估药物对心脏细胞电活动的影响。
神经科学研究

膜片钳技术的基本原理

（一）膜片钳技术的基本原理：膜片钳技术是用尖端直径1~2μm的玻璃微电极吸管与经蛋白酶处理干净的细胞膜接触，通过20~30cm H2O的负压吸引造成电极尖端与细胞膜形成高阻封接（10~100GΩ），使电极尖端下的小块膜片与膜的其它部分在电学上绝缘，并在此基础上固定膜片电位，监测几个μm2膜片上1~3个离子通道活动的方法。

高阻封接的形成：高阻封接形成与否是记录细胞离子通道电流能否成功的前提，是进行膜片钳实验的关键一步。

微电极尖端与细胞膜形成封接的过程，可以采用软件或刺激器发出一个脉冲电压作用于微电极，造成膜两侧电位差发生变化，产生电极电流，再通过示波器或显示屏，观察电极电流幅度的变化来确定封接程度。

在电极未入溶液之前，在显示器或示波器上可见一直线。

当电极入液后，软件或刺激器发出的电脉冲经记录微电极、浴液及参考电极形成回路，1mV的封接电压流径5MΩ的电极阻抗，则会产生0.2nA的电流浮动，随着微电极尖端接近、接触细胞膜，电极电阻则进一步增加，而电流幅度则随之减小，当在显示器或示波器上看到电流方波变为直线时，则形成低阻封接（50MΩ），然后经微电极给予负压（-10~-30cm H2O），即可形成高阻封接。

再将电脉冲调为10mV，调节快、慢电容电流补偿，消除电容电流，就可进行细胞贴附式膜片钳实验，如果在此基础上再次给予负压或电脉冲，使微电极尖端下膜片破裂，则形成全细胞式。

进行高阻封接时，需注意的是：①在微电极未入液之前常施以正压，使电极内有液体从电极尖端流出，防止浴液表面灰尘或溶液中粒子附着于电极尖端，影响高阻封接。

②如果微电极尖端与细胞膜接触后，仍不能形成高阻封接，则电极即不能再用，需重新换一根微电极继续封接。

③电极尖端与细胞膜接触，稍加负压后电流波形变得平坦，此时，如使电极超极化，则有助于加速形成高阻封接。

④电极入液后封接的成功率与入浴液后的时间呈反比，电极内液中的肽类或蛋白质成分也会有碍于封接形成。

心脏电生理技术基础(膜片钳)

操作技术要求较高；对细胞的侵入性较大。
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

膜片钳实验技术入门---基本原理与操作

膜片钳实验技术入门------基本原理与操作关兵才李国华刘理望按：本文乃于2003年根据较旧型号的仪器写成，后被《机能实验科学》（郑先科主编，北大医学版，2006）收入。

因新旧仪器基本原理和操作步骤大同小异，现对原文略作修改和标注，供同学们参考。

【实验目的】1. 了解膜片钳技术的基本原理和操作。

2. 初步学习电压依赖性离子通道电流的基本记录方法。

【实验原理】一、膜片钳技术原理简介膜片钳(patch clamp)是一种主要用于检测细胞膜离子通道活动的电生理技术，按工作方式可区分为电压钳(voltage clamp)和电流钳是最基本的工作方式，即对细胞膜电位进行人为控制，如将膜电位钳制于某一固定水平，或在此基础上再施以阶跃(step)式或斜坡式(ramp)电压刺激，同时记录跨膜电流，从而分析细胞膜通道的活动。

电流钳即人为控制经微电极对细胞进行注射的电流（等于离子通道电流与细胞膜电容电流之和），同时记录膜电位及其变化。

若注射电流为零即常用的零位钳流，用于测量细胞膜静息电位，若注射方波脉冲刺激电流，用于诱发、观测动作电位。

另外，膜片钳技术还常用于观测细胞膜电容, 从而推测分泌细胞的活动情况。

下面主要介绍其电压钳工作方式的基本原理。

（注：在电生理资料中，因通常将细胞外液和记录系统的“地”点相连作为参考点即零电位点，所以电位和电压两个概念经常混用。

）根据膜片钳实验中受检细胞膜的型式（configuration）不同，又可将膜片钳分为全细胞式(whole-cell)、细胞贴附式(cell-attached 或on-cell)、内面朝外式(inside-out)、外面朝外式(outside-out)等四种模式。

(一)全细胞式1．电压钳制和电流记录的实现图9-9为全细胞式膜片钳工作原理示意图。

图9-9 全细胞膜片钳实验原理示意图A1：运算放大器；A2：单倍增益差动放大器；R f：反馈电阻；V p：电极电位（A1反向输入端电位）；V c：A1同向输入端电位；C in：输入端杂散电容；C p：电极电容；Rs：串联电阻；C m：细胞膜电容；R m：细胞膜电阻；E m：细胞膜内在电位(指钳压时的细胞膜诸通道状态决定的内在Goldman-Hodgkin-Katz平衡电位)；V o：A2输出端电位；V-offset：偏移电位补偿电位；C c：用于电容补偿的电容；V c(app)：表观钳制电压即欲施加于受试膜片的电压；图中⊕和表示求和电路将充有电解质溶液的玻璃微电极（glass microelectrode或 recording pipette）利用负压紧密吸附于细胞表面，形成吉欧即千兆欧（109Ω）级高阻封接，进一步对微电极内施加负压、将放大器（以下简称运放）A1在深度负反馈工作状态下的“虚短路（virtual short circuit）”原理实现，即只要A1工作于线性范围内，其反向输入端的电位V p总是等于同向输入端的电位V c，这两个输入端之间虽非短路却类似于短路。

膜片钳电压钳原理

膜片钳电压钳原理
膜片钳电压钳是一种用于测量细胞膜电位的重要工具，它可以帮助科研人员了解细胞内外环境的电位差异，从而研究细胞的电生理特性。

在神经科学领域，膜片钳电压钳技术被广泛应用于研究神经元的兴奋性和抑制性传导过程，以及药物对神经元活动的影响。

膜片钳电压钳的原理基于两个关键概念：膜片钳和电压钳。

膜片钳是一种技术，通过在细胞膜上形成一个微小的真空密封，可以将电极稳定地固定在细胞膜上。

这种密封可以防止离子通过细胞膜，使电极可以准确地测量膜电位变化。

而电压钳是一种技术，可以在细胞膜上施加一个恒定的电压，以保持膜内外的电位差不变，从而可以研究细胞膜的离子通道和离子泵的功能。

在膜片钳电压钳实验中，首先需要在细胞膜上形成一个微小的真空密封。

这通常通过在玻璃电极的尖端涂覆一层脂质，然后将电极轻轻压在细胞膜上，使脂质与细胞膜结合。

接着，通过施加负压，在膜片钳下形成一个微小的真空密封，将电极牢固地固定在细胞膜上。

然后，使用电压钳放电极测量细胞膜的电位变化，同时通过控制电压钳的输出，保持细胞膜内外的电位差不变。

膜片钳电压钳技术的应用十分广泛。

在神经科学研究中，科研人员可以利用膜片钳电压钳技术研究神经元的兴奋性和抑制性传导过程，了解神经元的工作原理。

此外，膜片钳电压钳技术还可以用于研究
药物对神经元活动的影响，评估药物的治疗效果和副作用。

膜片钳电压钳技术是一种重要的电生理学技术，可以帮助科研人员深入了解细胞的电生理特性，为神经科学研究和药物研发提供重要的实验工具。

通过不断改进和完善技术，相信膜片钳电压钳技术将在未来发挥更加重要的作用，为人类健康和生命科学研究做出更大的贡献。

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。

膜片钳重点技术原理与基本操作

膜片钳技术原理与基本操作1976 年Neher 和Sakmann 建立了膜片钳技术（Patch clamp technique），这是一种以记录通过离子通道旳离子电流来反映细胞膜上单一旳或多数旳离子通道分子活动旳技术。

1981 年Hamill, Neher 等人又对膜片钳实验措施和电子线路进行了改善，形成了当今广泛应用旳膜片钳实验技术。

该技术可应用于许多细胞系旳研究，也是目前唯一可记录一种蛋白分子电活动旳措施，膜片钳技术和克隆技术并驾齐驱给生命科学研究带来了巨大旳迈进动力，这一伟大旳奉献，使Neher 和Sakmann 获得1991 年诺贝尔医学与生理学奖。

一、膜片钳技术旳基本原理用一种尖端直径在1.5~3.0μm 旳玻璃微电极接触细胞膜表面，通过负压吸引使电极尖端与细胞膜之间形成千兆欧姆以上旳阻抗封接，此时电极尖端下旳细胞膜社区域（膜片，patch）与其周边在电学上分隔，在此基本上固定（钳制，Clamp）电位，对此膜片上旳离子通道旳离子电流进行监测及记录。

基本旳仪器设备有膜片钳放大器、计算机、倒置显微镜、示波器、双步电极拉制器、三轴液压显微操纵器、屏蔽防震实验台、恒温标本灌流槽、玻璃微电极研磨器。

膜片钳放大器是离子单通道测定和全细胞记录旳核心设备，具有高敏捷度、高增益、低噪音及高输入阻抗。

膜片钳放大器是通过单根电极对细胞或膜片进行钳制旳同步记录离子流经通道所产生旳电流。

膜片钳放大器旳核心部分是以运算放大器和反馈电阻构成旳电流-电压（I-V）转换器，运算放大器作为电压控制器自动控制，使钳制电位稳定在一定旳水平上。

二、操作环节1.膜片钳微电极制作(1) 玻璃毛细管旳选择：有二种玻璃类型，一是软质旳苏打玻璃，另一是硬质旳硼硅酸盐玻璃。

软质玻璃在拉制和抛光成弹头形尖端时锥度陡直，可减少电极旳串联电阻，对膜片钳旳全细胞记录模式很有利；硬质玻璃旳噪声低，在单通道记录时多选用。

玻璃毛细管旳直径应符合电极支架旳规格，一般外部直径在1.1~1.2mm。