全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用
膜片钳技术原理及在中药研究中的应用
ＨＡＮ Ｘｕ－ｄ ｎ ｏ ｇ，Ｗ ＡＮＧ —ｍｉ Ｙｉ ｎ，Ｌ Ｕ ｎ—ｑ ａ ｇ，ＭＥＮＧ ｈ—ｎ Ｉ Ｙａ ｉｎ Ｙａ ｉ
（ ｓ ｔ ａ ｄ Ｅ ｕｐ ｎ ｄ ｉｉｒｔ ｎ Ｄ ｐｒ ｎ ，Ｔａｊ ｎｖｒｉ ｆＴａ ｉｏ ａ Ｃ ｉ ｓ ｄ— Ａ ｓ ｓ ｎ ｑ ｉｍｅｔＡ ｍ ｎｓ ａｉ ｅ ａｔ ｔ ｉｎｉ Ｕ ｉｅｓｙ ｏ ｒ ｔ ｎｌ ｈｎ ｅＭｅ ｉ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ｄｉ ｅ
人体细胞的新陈代谢是维持人体生命活动的重 要物质基础 ， 细胞要保持新陈代谢功能就要不断地 与周 围环境进行物质交换 ， 细胞膜上 的离子通道 就 是这 种物 质交 换 的重 要 途 径 。离 子 通道 的活 性 ， 反
映 了细胞 通过 离子 通道 的开 放 和关 闭来 调节相 应 物
器、 数模转换器 、 倒置显微镜 、 测量探头 、 微操纵器 、 计 算机数 据 采集及 分 析等 ， 图 １ 如 所示 。
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实
验
室
科
学
第１ ４卷 第 ４ 期 ２１ 年８ ０１ 月
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ４ １１ ． Ａｕ ． ０１ ｇ２ １
ＣＮｌ —１ ５ ／Ｎ ２ ３２
ＬＡＢ０ＲＡＴ０ＲＹ
ＳＩ Ｃ ＥＮＣ Ｅ
膜 片钳技术原理及在 中药研究 中的应 用
韩旭 东，王益 民 ，刘彦 强 ，孟燕妮
质进出细胞速度的能力 。膜片钳技术即是通过记录 离子通道 中的离子 电流 ， 反映细胞膜单一或多个 来
离子 通道 分子 活性 的技 术 ， 进 行 细 胞 生 物 学研 究 是
的重 要技术 方 法之 一 。
图 １ 膜 片 钳 实 验 装 置
１ 膜片钳技术原理
patch clamp膜片钳技术的原理和应用(超全的哦)
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
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
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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。
药物心脏毒性研究技术之膜片钳技术
药物⼼脏毒性研究技术之膜⽚钳技术⼀些药物在使⽤的过程中引发的⼼脏毒性是威胁患者⽣命的毒副作⽤之⼀，如抗⼼律失常药物导致的⼼脏不良事件时有报道，虽然这种事件发⽣率低，但是危险性⼤，主要表现为⼼电图QT间隔延长，严重可以引起尖端扭转型室性⼼动过速。
因此在新药上市前，需要进⾏药物安全性评价时，尽早发现药物的潜在⼼脏毒性，以减少新药研发的投⼊和风险。
被称为研究离⼦通道的“⾦标准”的膜⽚钳技术，是药物早期⼼脏毒性评价的主要技术之⼀。
QT间期是指⼼室除极和复极的全过程，即QRS波群的起点到T波终点的时程。
QTc间期是指排除了⼼率影响的校正的QT间期。
⼼脏复极延迟，将导致发⽣⼼律失常的风险明显增⾼，最常见的是引发尖端扭转型室性⼼动过速(TdP)， TdP易演变成⼼室纤颤并导致猝死，因此QT间期延长，被认为是预测引发TdP的⽣物标记物。
在新药开发过程中，进⾏药物安全性评价的⼼脏毒性评价时，应确认研究药物对QT间期的影响，防⽌其上市后引起恶性⼼律失常。
hERG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。
长QT综合症(LQTS)是⼀种异常的⼼肌细胞复极化电活动，获得性的LQTS常常是药物治疗的结果。
研究发现许多常⽤药物包括抗⼼律失常药、抗精神病药物、抗菌素以及可卡因均可引起获得性的LQTS。
⽬前发现⼏乎所有的临床药物所导致的LQT 或者TdP 都作⽤于hERG。
由于导致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。
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。
美迪西引进HEKA膜⽚钳系统（Patch Clamp System），该系统为放⼤器与数模转换器⼀体，可通过软件与⼿动操作相结合，达到⽐全⾃动更精准的程度，将会⼤⼤增强美迪西体外药物安全性评价服务。
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。
全自动膜片钳系统手册
高通量higher throughput节省成本cost saving 节省时间time saving 自动化automatic 高品质数据better results 全自动膜片钳系统Automated Patch Clamp System Revolutionizing Ion Channel Drug Discovery以离子通道为靶点的药物开发的革命性工具CONTENTS 目录112344556888911131415151518182021封底全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用全自动膜片钳技术原理全自动膜片钳在药物筛选中的应用Molecular Devices 公司开发的仪器设备为以离子通道为靶点的药物开发提供了完整的解决方案IonWorks Barracuda - 高通量膜片钳系统的新突破简介主要用途产品特征应用实例IonWorks Quattro - 全自动高通量膜片钳药物筛选系统简介主要用途产品特征应用实例重要参考文献IonWorks 的全球用户PatchXpress 7000A - 全自动平行膜片钳系统简介产品特点主要用途应用实例重要参考文献PatchXpress 的全球用户公司简介1膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”。
是研究离子通道的最重要的技术。
目前膜片钳技术已从传统的常规膜片钳技术 （Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐａｔｃｈ ｃｌａｍｐ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ） 发展到全自动膜片钳技术 （Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｐａｔｃｈ ｃｌａｍｐ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ） 。
全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用不同的全自动膜片钳系统的所采用的技术原理也不完全相同。
大体有以下几种。
１． 全自动膜片钳技术原理将一定密度的细胞悬液灌注在玻璃电极中，下降到电极尖端的单个细胞通过在电极外施加负压与玻璃电极尖端形成稳定的高阻封接，系统自动判断封接形成是否良好并自动打破露在玻璃微电极尖端外的细胞膜形成全细胞模式。
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 。
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
膜片钳技术及应用膜片钳技术及应用是一种常见的力学装置，由薄膜片、夹持手柄和支撑结构组成。
膜片钳可用于夹持和固定物体，并且在广泛的领域中有着重要的应用。
下面将对膜片钳的技术原理和应用领域进行详细介绍。
膜片钳的技术原理主要基于材料的力学性质。
一般情况下，膜片钳采用弹性薄膜片作为夹持物体的夹持部分。
当施加外力使薄膜片发生形变时，薄膜片会产生力与形变量成正比的特性，这种力被称为弹性力。
通过调整薄膜片的形变程度和位置，可以达到对不同物体的夹持和固定的目的。
膜片钳的应用领域非常广泛。
以下是一些常见的应用领域：1. 医疗行业：膜片钳被广泛用于医疗器械的设计和制造。
例如，在手术中，膜片钳可以用于夹持和固定组织、血管和器官，以便医生进行手术操作。
膜片钳的特点是夹持力均匀，不会损伤组织和血管。
2. 实验室研究：膜片钳在实验室研究中也有广泛的应用。
例如，在细胞学研究中，膜片钳可以用于夹持、拉伸和操纵细胞，以研究细胞的力学特性和细胞间的相互作用。
此外，膜片钳还可以用于微流体实验中的液滴操纵和胶体粒子的固定。
3. 微机电系统（MEMS）：膜片钳是制作微机电系统中常用的工具。
在MEMS 器件制造过程中，需要对微米级物体进行精确操纵和固定。
膜片钳结构简单，加工工艺成熟，可以实现对微米级物体的夹持和固定。
4. 机械制造：膜片钳在机械制造过程中也有重要的应用。
例如，在精密加工中，膜片钳可以用于夹持和固定零件，以确保加工精度。
另外，膜片钳还可以用于装配过程中的夹持和定位。
总的来说，膜片钳技术及其应用在医疗、实验室研究、微机电系统和机械制造等领域起到了重要的作用。
膜片钳具有结构简单、操作方便、夹持力均匀等特点，使其成为一种广泛使用的力学装置。
随着科技的不断发展，膜片钳的应用领域还将不断扩大，为各个领域的科研和应用带来更多的便利和可能性。
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。
QPatch全自动膜片钳介绍
一、全自动膜片钳技术简介
传统膜片钳技术(Traditional patch-clamp technique)的局限
传统膜片钳实验中，通常每天可获得3-5个成功的记录， 有时一天中也可能没有一个成功记录，满足不了需要 观察大量细胞的实验，也不适合短期获得结果的实验 需要，这使得膜片钳实验成为非常耗时耗力的一件工 作。
Fresh QPlates Manifold/Faraday cage Compound plate Cell handling unit
QPlate芯片
细胞内液池
细胞与化合物池 细胞
废液池
工作电极 细胞
参比电极
芯片 Qpatch 芯片工作原理
QPlate芯片化合物流动管道外被 一层薄玻璃，可防止化合物黏附
QPatch 细 胞 存 储 罐 及 搅 拌 器可在线持续制备和使用 细胞
三、高效的液体流动通道 每个细胞位点可检测多个化合物 在一个细胞上即可获得一个化合物的量效曲线 快速层流给药，只需药量2-5 µl，检测快速配体门控
性离子通道非常容易
四、广泛的离子通道研究 各种电压门控性离子通道 各种配体门控性离子通道
目前，除IonWorks系列用于药物筛选初期、不能形成高阻 封接外，QPatch HT以其可同时记录48个细胞而成为通量 最高的全自动膜片钳系统。
全自动膜片钳技术原理
Flip-Tip翻转技术 将一定密度的细胞悬液灌注在玻璃电极中，下降到电 极尖端的单个细胞通过在电极外施加负压可以使之与 玻璃电极尖端形成稳定的高阻封接，打破露在玻璃电 极尖端开口外的细胞膜就形成了全细胞记录模式。
美国MDS公司的IonWorks Quattro 丹麦Sophion公司QPatch 8X / 16X / HTX
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
膜片钳技术在药学研究中的应用
膜片钳技术在药学研究中的应用前言德国物理学家Neher和Sakmann[1.2]建立的膜片钳技术（patch clamp technique）是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞上单一的（或多数的）离子通道活动的技术，已被广泛应用。
作为先进的细胞电生理技术，它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。
基因组学、蛋白质组学研究表明，以离子通道为靶标的药物研究在未来具有很大的发展空间。
关键词膜片钳技术；药学研究；应用Abstract [ ]The patch-clamp technique , a dominant technique in cellular electrophysiology , is always being regarded as the gold standard for ion channel research.. Application of the patch-clamp technique can demonstrate the existences of ion channels and provide valuable information for ion channels, including their electrophysiological properties , molecular structures and the mechanism of drug action .Genomics and proteomics research has showed that the development of drugs for ion channel target would be very promising in future.Key words Patch-clamp technique ; Study on Medicinal chemistry ; Application80年代初发展起来的膜片钳技术（patch clamp technique）为了解生物膜离子单通道的门控动力学特征及通透性、选择性膜信息提供了最直接的手段，该技术的兴起与应用，使人们不仅对生物体的电现象和其它生物现象有更进一步的了解，而且基因组学、蛋白质组学研究表明，以离子通道为靶标的药物研究在未来具有很大的发展空间。
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。
嘉兴全自动膜片钳电生理技术原理
嘉兴全自动膜片钳电生理技术原理
全自动膜片钳电生理技术原理是基于膜片钳技术的电生理研究。
该技术主要利用贴附在细胞膜上的离子通道，将微弱电信号转化为荧光信号，进而实现对细胞膜电生理活动的记录和分析。
在全自动膜片钳电生理技术中，首先需要利用微钳技术制备出粘在微钳端部的膜片，将其与细胞膜接触并形成一个微小的膜片双层结构。
接下来，通过膜片钳技术建立电学联系，利用微电极记录细胞膜上的电信号，并将其转化为电压信号。
全自动膜片钳电生理技术主要的创新点在于将传统的手动操作转换成自动化系统，实现了长时间稳定地记录细胞膜电信号。
通过精准地控制钳角度和力度，保证了膜片的稳定性，进而实现了对单个细胞毫秒级别的电学记录。
同时，该技术依靠软件自动化操作，能够实现对多个细胞进行快速、高效的电学记录和分析。
全自动膜片钳电生理技术已经被广泛应用于神经科学、心血管系统疾病、肿瘤学、药物筛查等领域，并取得了许多重要的研究成果。
膜片钳阵列技术及其应用于药物筛选的研究进展
膜片钳阵列技术及其应用于药物筛选的研究进展
高峰;杜冠华
【期刊名称】《生物技术通讯》
【年(卷),期】2005(16)6
【摘要】离子通道是一类重要的药物作用耙点.膜片钳技术是目前进行离子通道研究和影响离子通道药物研究的最好方法.但膜片钳技术通量低,成为应用该法进行药物筛选的最大障碍.膜片钳阵列技术是在普通膜片钳技术基础上发展起来的高通量技术,包括平面膜片钳阵列技术和微管自动化膜片钳技术,已经在药物筛选中得到应用.本文仅就这2种方法当前的研究进展及其在药物筛选中的应用做简单的介绍.【总页数】3页(P687-689)
【作者】高峰;杜冠华
【作者单位】中国医学科学院·协和医科大学,药物研究所,北京,100050;中国医学科学院·协和医科大学,药物研究所,北京,100050
【正文语种】中文
【中图分类】Q26;Q6-33
【相关文献】
1.德国Nanion全自动膜片钳——离子通道高速测量平台，药物筛选的有效工具[J],
2.高内涵筛选技术应用于药物毒理方面的研究进展 [J], 李毅
3.膜片钳技术的新进展及其在药物高通量筛选中的应用 [J], 艾平;郑建全
4.膜片钳新时代——开创应用膜片钳技术直接进行高通量药物筛选的先河 [J],
5.我国荧光偏振技术成功应用于药物高通量筛选 [J],
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全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用
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全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用一：全自动膜片钳技术介绍：膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”。
是研究离子通道的最重要的技术。
目前膜片钳技术已从常规膜片钳技术（Conventional patch clamp technique）发展到全自动膜片钳技术（Automated patch...
关键词：应用药物全自动通道细胞研究
全自动膜片钳技术及其在药物筛选中的应用
一：全自动膜片钳技术介绍：
膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”。
是研究离子通道的最重要的技术。
目前膜片钳技术已从常规膜片钳技术（Conventional pat ch clamp technique）发展到全自动膜片钳技术（Automated patch clamp technique）。
传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞（或一对细胞），对实验人员来说是一项耗时耗力的工作，它不适合在药物开发初期和中期进行大量化合物的筛选，也不适合需要记录大量细胞的基础实验研究。
全自动膜片钳技术的出现在很大程度上解决了这些问题，它不仅通量高，一次能记录几个甚至几十个细胞，而且从找细胞、形成封接、破膜等整个实验操作实现了自动化，免除了这些操作的复杂与困难。
这两个优点使得膜片钳技术的工作效率大大提高了！签于全自动膜片钳技术的这些优点，目前已经广泛的用于药物筛选。
传统膜片钳技术主要优缺点总结
全自动膜片钳技术的发展，经历了下列三个发展阶段，在每个阶段，所采取的原理和技术有所不同：
1. Flip-Tip翻转技术：
将一定密度的细胞悬液灌注在玻璃电极中，下降到电极尖端的单个细胞通过在电极外施加负压可以与玻璃电极尖端形成稳定的高阻封接，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。
它的显著特点是仍然采用玻璃毛坯作为电极。
2. SealChip技术：
完全摒弃了玻璃电极，而是采用SealChip平面电极芯片，一定密度的细胞悬液灌注在芯片上面，随机下降到芯片上约1-2μm的孔上并在自动负压的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的细胞膜形成全细胞记录模式。
采用这一技术的美国MDC（Axon）公司的PatchXpre 7000A 系统是高通量全自动膜片钳技术的典范，是离子通道药物研发的革命性工具，在国外实验室和制药厂广泛用于hERG通道药理学的研究。
其通量最高为16，即一次可同时记录16个细胞。
同时，其药物施加微量、快速，不仅用于药物筛选，还大量用于离子通道的基础研究。
3. Population Patch
Clamp（C）技术：
同SealChip技术一样，
完全摒弃了玻璃电极，而
是采用PatchPlate平面
电极芯片。
该芯片含有多
个小室，每个小室中含有
很多1-2μm的封接孔。
在
记录时，每个小室中封接
成功的细胞数目较多，获
得的记录是这些细胞通道电流的平均值。
因此，不同小室其通道电流的一致性非常好，变异系数很小。
美国Axon（MDS）公司采用这一技术研发出了全自动高通量的IonWorks Quattro全自动膜片钳药物筛系统，成为药物初期筛选的“金标准”。
二：全自动膜片钳在药物筛选中的应用：
离子通道的实验研究最初主要来源于生理学实验。
1949～1952 年, Hodgkin 等发展的“电压钳技术”为离子通透性的研究提供技术条件。
60年代中期,一些特异性通道抑制剂的发现为离子通道的研究提供有力武器。
1976 年Neher和Sakma发展的膜片钳技术直接记录离子单通道电流,为从分子水平上研究离子通道提供直接手段。
80年代中期,生化技术的进步,分子生物学以及基因重组技术的发展,使人们能够分离纯化许多不同的通道蛋白,直接研究离子通道的结构与功能关系
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。
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，否则新药不得用于临床。
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4 0% 。
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。
事实上,制药企业还可以利用当前新兴药物虚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,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。
总而言之,全自动膜片钳技术具有如下的优点:效率高,是传统膜片钳效率的20～300倍;不需要专业电生理人员,简单易用,所有的操作可以在电脑软件控制的界面下完成,无须显微防震系统;大部分仪器的封接质量在1GΩ以上;部分仪器同时适用于研究配体门控通道和电压门控通道;主要应用于药物药理和毒理测试;在药物微量加样设计方面表现优秀;仪器主要工作方式为全细胞膜片钳方式。
缺点:仪器仅适用于悬浮细胞实验。
无疑地,随着基因组测序的完成和蛋白质组学的兴起,离子通道在未来的细胞与药物方面研究将会变得越来越重要。
与此同时,作为离子通道研究的最佳伴侣- 全自动膜片钳,由于其独特的优点也必定在这一领域大展身手。