膜片钳 电压钳
膜片钳技术原理及相关基本知识0306
History of Ion Channel Study
• 1955年，Hodgkin和Keens应用电压钳(Voltage • •
•
•
clamp)在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现， 放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞 的运动，并提出了“通道”的概念。 1963年，描述电压门控动力学的Hodgkin-Huxley模 型（简称H-H模型），荣获诺贝尔医学/生理学奖。 1976年，Neher和Sakmann建立膜片钳(Patch clamp) 技术。 1983年10月，《Single-Channel Recording》一书 问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。 1991年， Neher和Sakmann的膜片钳技术荣获诺贝尔 医学/生理学奖。
膜片钳技术
泰山医学院脑科研究所 2014.3
1991 Nobel基金会的颁奖评语：
• 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，为细胞生理学的研究 带来了一场革命性的变化，它和基因克隆 技术并驾齐驱，给生命科学研究带来了巨 大的前进动力。
细胞电生理学
Electrophysiology
膜片钳（patch clamp）
内尔(Neher) （1944-） （德国细胞生理学家）
萨克曼(Sakmann) （1942-） （德国细胞生理学家）
合作发明了膜片钳技术，并应用这一技术首次证实了细胞膜上存在离子通道。 这一成果对于研究细胞功能的调控至关重要，可揭示神经系统、肌肉系统、 心血管系统及糖尿病等多种疾病的发病机理，并提供治疗的新途径。 二人 共获1991年诺贝尔奖。
电压钳的缺点：电压钳技术目前主要用于巨大细胞的全细胞
电流研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥其它技术 不能替代的作用。但也有其致命的弱点： 1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细胞浆流失，破坏了细 胞生理功能的完整性； 2、不能测定单一通道电流。因为电压钳制的膜面积很大，包含着大 量随机开放和关闭着的通道，而且背景噪音大，往往掩盖了单一通道的 电流。 3、对体积小的细胞(如哺乳类中枢神经元，直径在10－30μm之间)进 行电压钳实验，技术上有更大的困难。由于电极需插入细胞，不得不将 微电极的尖端做得很细，如此细的尖端致使电极阻抗很大，常常是60～ 8OMΩ或120～150MΩ（取决于不同的充灌液）。这样大的电极阻抗 不利于作细胞内电流钳或电压钳记录时在短时间（0.1μs）内向细胞内 注入电流，达到钳制膜电压或膜电流之目的。再者，在小细胞上插入的 两根电极可产生电容而降低测量电压电极的反应能力
膜片钳实验技术(高级生理课程,201310)
Sutter公司微电极拉制器
P-97
P-2000
日本成茂公司微电极拉制器和抛光仪
软件系统：目前的数据采集和分析软件系统主要是 Axon公司的Pclamp软件和HEKA公司的Patch Master 软件。在实验后期文章发表中还涉及到一些图形处 理软件，如Origin等软件。
MDC公司Pclamp采集和分析软件
膜片钳放大器的工作模式： (1).电压钳模式：在钳制细胞膜 电位的基础上改变膜电位，记 录离子通道电流的变化，记录 的是诸如通道电流；EPSC;IPSC 等电流信号。是膜片钳的基本 工作模式. (2).电流钳模式:向细胞内注入 刺激电流，记录膜电位对刺激 电流的反应。记录的是诸如动 作电位，EPSP;IPSP等电压信号。
AXON200B
MultiClamp700B
EPC10
数据采集、分析系统
光学部件和光电接口：膜片钳实验是一 个微操作实验，需在显微镜下进行玻璃 电极和细胞的封接，因此需要高质量的 显微镜和成像系统，如果所用的细胞是 培养的单个细胞，需要一台倒臵相差显 微镜，而如果所用的标本是脑片或其他 组织片，所用的光学系统必须是红外微 分干涉差成像系统，这样才能“看”到 组织中的单个的细胞，才能在可视条件 下进行组织膜片钳的操作。
膜片钳记录模式
————————
细胞吸附模式
Cell-attached mode; on-cell mode 细胞内环境保持正常条件下可对离子通道的活 动进行观察记录。 到达与电极接触的膜片外部，如果刺激浴液中 加入刺激物质不能有效，则说明刺激物质是经 过细胞内第二信使介导间接起作用。 不能人为直接控制细胞内环境条件，不能确切 判定细胞内电位，不清楚膜片上的实效电位。
+
宁波神经生物学膜片钳技术原理
宁波神经生物学膜片钳技术原理神经科学中，膜片钳技术是一种非常重要的实验方法，可以用于记录细胞内外的电位变化。
宁波神经生物学膜片钳技术是一种经典的膜片钳技术，它是由中国神经科学家于1976年发明并发表的。
宁波神经生物学膜片钳技术是一种完美结合电荷动力学和化学物理学原理的技术，能够非常精确地记录神经元膜内外的电位变化。
宁波神经生物学膜片钳技术使用的是一种特殊的仪器，称为电压钳扳平仪。
它能够通过光学系统将微小的电压变化转换成可视化的信号。
在这个仪器的帮助下，实验者可以观察到细胞内的微小电位变化。
通常，这种变化只有几毫伏甚至只有几微伏。
该技术主要是通过控制电压钳的外径，使之与神经细胞的细胞膜缩在一起。
一旦电压钳缩在神经细胞膜上，就能够记录该细胞内外的电位变化。
使用宁波神经生物学膜片钳技术进行记录时，需要将一小块玻璃切成一小片，并将其与电压钳结合。
之后，将整个电路与一片外部电极连接，从而能够读取到神经细胞内外的电位变化。
一旦成功固定上述组件，实验者就可以观察到神经细胞膜上的电压变化。
通过对电位变化进行分析，实验者可以非常准确地计算神经细胞离子通道的开放概率。
宁波神经生物学膜片钳技术是一种非常重要而且精确的实验方法，能够帮助神经生物学研究者更好地了解神经元的电学性质。
该技术能够以先进、精确的方式记录细胞内外的电压变化，并通过对这些变化进行分析，获得对离子通道开放概率的准确计算。
利用宁波神经生物学膜片钳技术可以更深入地了解神经元病理生理学，为探索神经系统的基本问题提供有力的工具。
除了记录神经元膜内外的电位变化，宁波神经生物学膜片钳技术还可以用于研究离子通道动力学和突触传递。
利用该技术可以研究离子通道的不同类型、大小及其开放概率等，以及神经元膜上不同离子通道的作用关系，这对于理解神经元的电气特性和调节机制非常重要。
宁波神经生物学膜片钳技术还可以研究神经元突触传递信号的方式。
通过记录神经元膜内外电位变化，可以观察到神经元突触释放的神经递质导致的膜电位变化，并对神经元突触传递功能进行研究。
电压钳制和膜片钳制技术讲解
膜片钳放大器主要组成:
电极电流监视器、灵敏度开关、滤
(1)测量部分： 波器开关、方式选择开关 。
(2)串联电阻补偿部分：用于于电校极正和全细细胞胞内记之录间时的通，路由
(3)电容补偿部分：用
ห้องสมุดไป่ตู้
电阻所造成的膜电位 来补偿电压突然改
(二)电压钳方法
电容器电流
电阻器上电流
Ic=d（CmV）/dt
IR
流过膜的电流总量 I
dv / dt = 0
所有的电流将都是流过 膜电阻的，这种电流将能反 映离子的流动。
电压钳技术的基本原理
电压源（SG）使膜电位固定在特定的水平，并以放 大器（AV）记录，该放大器与一个反馈放大器（AFB）连 接，这一反馈电流通过膜，正好抵消因加电压而引起的离 子电流，通过电流监视器测量电流。
(三) 细胞膜的空间常数（space constant）
空间常数，是度量电压的空间衰减，即标志 电压依距离而衰减的程度的一个常数。即: 膜电位通过膜电阻和纵向电阻所组成的分流 电路随距离的增大而按指数曲线规律衰减的 速度.或表示膜电位按指数曲线规律衰减到 37%所需要的距离。细胞直径越大，空间常 数越大。
膜片钳技术原理示意图
Rs是膜片阻抗相串联的局部串联电阻（输入阻抗），Rseal是 封接阻抗。Rs通常为1～5MΩ，如果Rseal高达10GΩ（1010Ω）以 上时，IP/I=Rseal/(Rs+ Rseal)-1。此Ip可为在I－V转换器（点线） 内的高阻抗负反馈电阻(Rf)的电压降而被检测出。
膜片钳与电压钳的区别
第二节 电压钳制技术
Voltage clamp technique
膜片钳技术SOP
膜片钳技术SOP关键词：膜片钳目的：研究膜片上几个甚至一个离子通道的电流，对单个离子通道在各种电位状态及每种电位状态下对产生电流的离子作出定性、定量的分析，来反映细胞膜上离子通道活动，为研究离子通道结构与功能关系提供关于生物电特性的新资料。
基本原理：膜片钳制技术（patch clamp technique)是对一块单独的细胞膜片（或整个细胞）的电位进行钳制的一项电生理技术。
通过对膜电位的钳制可以观察通过离子通道的电流，膜片钳放大器正是通过维持电压的恒定而测出这种电流。
运用膜片钳技术记到的最小电流可达到pA级(10-12 A)。
膜片钳的本质属于电压钳范畴，其基本工作原理是：采用经典的负反馈放大技术作电压固定，但改用细胞外微吸管作电极，将微电极管尖端与细胞膜表面接触，经负压抽吸，形成具极高阻抗的紧密封接，其电阻值高达10-100千欧（即GΩ=109Ω）。
只有在这种封接存在时，通过膜电极引导记录的电流才是通过该膜的离子通道电流。
膜片钳技术原理示意图Rs是膜片阻抗相串联的局部串联电阻（输入阻抗），Rseal是封接阻抗。
Rs通常为1～5MΩ，如果Rseal高达10GΩ（1010Ω）以上时，IP/I=Rseal/(Rs+ Rseal)-1。
此Ip可为在I－V转换器（点线）内的高阻抗负反馈电阻(Rf)的电压降而被检测出。
药品和试剂：根据不同的实验设计选择不同的药品和试剂。
主要仪器设备与材料：①屏蔽防震实验台(TMC 63-544)②数字式超级恒渐浴槽（HSS-1 CHENDU INSTRUMENT China）③微管电极拉制器（PP-83 NARISHIGE Japan）④微管电极抛光仪（ME-83 NAEISHIFE Japan）⑤电子刺激器（SEN-2030, NIHON KOHDEN, Japan）⑥膜片钳放大器（AXOPATCH 200B Axon Instruments U.S.A）⑦倒置相差显微镜（AXIOVERT 135 ZEISS Germany）⑧计算机（PⅢ 800）⑨A/D、D/A转换器（DIGIDATA-1200 Axon Instruments U.S.A）⑩pClamp软件（10.0）Axon Instruments U.S.A )实验对象：兔、大鼠、猪、和人的组织细胞（直径小于30μm的细胞），都可用于膜片钳实验。
膜片钳——精选推荐
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。
膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。
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，记录到乙酰胆碱（Acetylcholine, ACh）激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳（Patch Clamp）技术。
1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cm H2O 的负压吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），大大降低了记录时的噪声水平，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。
1983年10月，《Single-Channel Recording》一书的问世，奠定了膜片钳技术的里程碑，为细胞生理的研究带来了一场革命性的变化，膜片钳技术象基因克隆技术一样，给生命科学研究带来了巨大的动力。
Sakmann 和Neher也因其杰出的工作和突出贡献，荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。
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，该电流强度就代表单一离子通道电流。
膜片钳技术及应用
制备玻璃微电极
拉制微电极 材料：硼硅酸盐毛细玻璃管。 要求：玻璃毛胚外径1.3~1.7㎜，内径1.0~1.2
㎜，壁的厚度在0.2㎜以上。管壁越厚，拉 制出的电极尖端管壁也越厚，电极的跨壁 电容就越小，噪声也就越低。
玻璃微电极及膜片的几何形状
电极拉制仪
拉制方法：两步拉制法。
第一步：使玻璃软化，并拉开一个距离，形 成一个细管，即拉制电极的颈部；
高阻封接形成的电流图
膜片钳技术四种基本记录模式
细胞吸附膜片(cell-attached patch) 将两次拉制后经加热抛光的微管电极置于
清洁的细胞膜表面上，形成高阻封接，在细 胞膜表面隔离出一小片膜，既而通过微管电 极对膜片进行电压钳制，高分辨测量膜电流， 称为细胞贴附膜片。由于不破坏细胞的完整 性，
膜片钳技术
向细胞内注射恒定或变化的电流刺激， 纪录由此引起的膜电位的变化，这叫做电流 钳技术。在具体实验中，可通过给予细胞一 系列电流脉冲刺激，诱发细胞产生动作电位。
电压钳技术是通过向细胞内注射一定的
电流，抵消离子通道开放时所产生的离子流， 从而将细胞膜电位固定在某一数值。由于注 射电流的大小与离子流的大小相等、方向相 反。因此它可以反映离子流的大小和方向。
电极液的充灌
对于尖端较细的玻璃微电极，膜片钳实 验中常用的方法是：在微电极尾部施加负压 使尖端充灌电极内液，然后用注射器在微电 极尾部充灌电极内液，最后轻弹微电极杆步 使其内的气泡排出。
充灌长度为电极的1/3。
制备细胞标本
从理论上来讲，膜片钳实验用的细胞标 本可来自体内各种组织细胞，只要细胞表面 光滑，能与微电极尖端形成高阻封接即可。 但在标本制备上，不同组织细胞间联接牢固 程度不同，采用的分离方法也不完全相同。 大体上包括冲洗、酶解消化或机械分离以及 清洗等步骤。
膜片钳全细胞记录方式
膜片钳是一种常用于神经生理学研究中的技术工具，用于记录细胞膜电位和电流，从而了解神经细胞的功能和信号传递机制。
下面是一些常用的膜片钳全细胞记录方式：
1.空穴记录法：将膜片钳的微管插入到细胞内，以空穴为单位记录膜上电位。
2.全细胞当前记录法：将膜片钳的微管插入到细胞内，通过电压脉冲激活膜上离子通道，
记录电流和电压。
3.药物切断记录法：在浸润液中加入特定的药物，如Tetrodotoxin（TTX）或
Tetraethylammonium（TEA），可以切断细胞膜上特定的离子通道，从而更好地观察细胞的响应。
4.双电极电压钳法：使用两个电极对细胞进行记录，一个电极记录膜上电位，另一个电极
提供平衡电流，使得膜上电位不变。
5.模拟器记录法：使用模拟器对细胞膜施加电流和电压，观察细胞的响应。
以上是常用的膜片钳全细胞记录方式。
需要注意的是，在进行膜片钳实验时，需要精细的操作技巧和高质量的实验设备，同时还需要对结果进行仔细的分析和解释。
膜片钳常见问题解答
膜片钳常见问题解答膜片钳常见问题解答（一）1.什么是电压钳和膜片钳，有什么区别？答：电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电流，抵消离子通道开放时所产生的离子流，从而将细胞膜电位固定在某一数值。
由于注射电流的大小和离子流的大小相等、方向相反，因此它可以反映离子流的大小和方向。
膜片钳技术钳制的是“膜片”，是指采用尖端经过处理的微电极和细胞膜发生紧密接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上和其它细胞膜分离，这大大降低了背景噪声，使单通道微弱的电流得以分辨出来。
采用电压钳技术将这片膜的电位钳制在某一数值，可记录到单通道电流。
从这点上看，膜片钳技术是特殊的电压钳技术。
随着膜片钳技术的发展，它已经不仅仅局限于“膜片”的概念，也不仅仅采用电压钳技术，还常采用电流钳技术。
2. 离子通道电导的单位是什么？如何换算？答：离子通道电导的单位是西门子（Siemens, S），旧称姆欧，即安培/伏特。
常用皮西门子（pS），1pS＝10E-12 S，1,000 pS＝1 pA/mV。
3. MultiClamp 700A中，在放大器和信号器的连接中，放大器的raw output是否需要连接信号器的 ANALOG IN 接口? scaled output，raw output有什么区别?答：Raw output为原始信号输出，放大器输出的信号没有经过处理（如滤波、放大等），scaled output为定标输出，输出的信号经过了处理。
后者的灵活度大，因此多采用。
目前膜片钳放大器多设有scaled output，你可将其和数模转换器（你所说的信号器）的ANALOG IN连接，这样放大器的输出信号就能传送给计算机了，此时已经没有必要再使用Raw output了。
若你想记录两个输出，则需要将Raw output和数模转换器的另一个ANALOG IN连接。
4. 在Clampex的Edit protocol/Wave中，Step和ramp各有什么适用范围？答：Ramp多用于电流衰减缓慢的离子通道以及失敏不明显的受体通道的I-V曲线制作，如多用于钾、钙离子通道。
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。
电压钳制和膜片钳制技术
特点：较易改变细胞内的离子或物质浓度，也能把酶等直接
加入膜的内侧面，适宜研究胞内物质对通道活动的影响。但 实验中改变膜外侧物质困难，且需侵入低钙液中，以免小泡
误差 变
。
时引起的电容电流 。
将一定的电压加入到刺激信
(4)指令信号控制部分：号中，形成一指令信号的保
持电压。进行电压钳制时， 它决定膜电位值，作电流钳
四种经典记录模式 (Cell-attached or On cell mode)
贴附式
全细胞记录模式
细胞
负压吸
拉并暴露于空气中
细胞 拉
细胞 内面向外式
（三）电压钳技术的优缺点：
1． 优点
➢ 很容易将膜电容电流与离子电流分开；
➢ 可将膜电流分成不同的成分一INa、IK、 Ica 等（在灌流液中加入或去除某种离子）
➢ 能精确反映由离子通道的开放和关闭，引起 的膜电导的改变，能把离子通透性变化的时间关 系加以描述。
➢ 能分析离子通透性变化与膜电位的关系，在 研究电压调节通道的行为方面有很大价值。
1 纵向电阻（Ro、Ri）
由胞浆的性质所决定，具有较高的电阻率， 它与直径呈反比关系（直径大、电阻小，直 径小，电阻大）。由于它的存在，使生物电 的传导主要沿细胞膜所包围的容积导体进行。 它是单位长度的电阻，单位是Ω/cm ，细胞 外间质的容积很大，其单位长度电阻（Ro） 较Ri小。
2.横向电阻（redial resistance）
通过对膜电位的钳制可以观察通过离子 通道的电流，膜片钳放大器正是通过维持电 压的恒定而测出这种电流。运用膜片钳技术 记到的最小电流可达到pA级(10-12 A)。
膜片钳问题解答
膜片钳常见问题解答1.什么是电压钳与膜片钳，有什么区别？答：电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电流（怎么注射），抵消离子通道开放时所产生的离子流，从而将细胞膜电位固定在某一数值。
由于注射电流的大小与离子流的大小相等、方向相反，因此它可以反映离子流的大小和方向。
膜片钳技术钳制的是“膜片”，是指采用尖端经过处理的微电极与细胞膜发生紧密接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上与其它细胞膜分离(怎么分离)，这大大降低了背景噪声，使单通道微弱的电流得以分辨出来。
采用电压钳技术将这片膜的电位钳制在某一数值，可记录到单通道电流。
从这点上看，膜片钳技术是特殊的电压钳技术。
随着膜片钳技术的发展，它已经不仅仅局限于“膜片”的概念，也不仅仅采用电压钳技术，还常采用电流钳技术。
2. 离子通道电导的单位是什么？如何换算？答：离子通道电导的单位是西门子（Siemens, S），旧称姆欧，即安培/伏特。
常用皮西门子（pS），1pS＝10E-12 S，1,000 pS＝1 pA/mV。
3. MultiClamp 700A中，在放大器和信号器的连接中，放大器的raw output是否需要连接信号器的ANALOG IN 接口? scaled output，raw output有什么区别?答：Raw output为原始信号输出，放大器输出的信号没有经过处理（如滤波、放大等），scaled output为定标输出，输出的信号经过了处理。
后者的灵活度大，因此多采用。
目前膜片钳放大器多设有scaled output，你可将其与数模转换器（你所说的信号器）的ANALOG IN连接，这样放大器的输出信号就能传送给计算机了，此时已经没有必要再使用Raw output了。
若你想记录两个输出，则需要将Raw output与数模转换器的另一个ANALOG IN连接。
4. 在Clampex的Edit protocol/Wave中，Step和ramp各有什么适用范围？答：Ramp多用于电流衰减缓慢的离子通道以及失敏不明显的受体通道的I-V曲线制作，如多用于钾、钙离子通道。
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。
膜片钳PPT课件
2021
23
• 玻璃微电极充灌电极内液(预配)，并固定于电极夹持器 • 维持电极正压，入液，补偿液接电位 • 操纵电极尖端至靶细胞上方，压之有凹痕（快） • 撤正压，予负压，予半量钳制电压，GΩ（1min 内）封接
2021
Vc
Vm
6
电压钳的缺点：
• 1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细 胞浆流失，破坏了细胞生理功能的完整性； • 2、不能测定单一通道电流。 • 3、对体积小的细胞(如哺乳类中枢神经元，直径 在10－30μm之间)进行电压钳实验，技术上有更 大的困难。
2021
7
膜片钳（Patch Clamp)基本原理：
（2）习惯化（habituation）和敏感化 (sensitization) （3）长时程增强（long-term potentiation , LTP）和
长时程抑制(long-term drepression, LTD)
2021
强直后增强（posttetanic potentiation）
连续刺激运动神经元 轴突，可使得： 1（蓝框）、骨骼肌 细胞的EPP首先出现 易化和压抑； 2（红框）、刺激中 断之后，单脉冲刺激 引起的EPP幅度加大 （强直后增强）。
突触前神经元 AP
电压门控 Ca2+ 通道
Ca2+
突触前动作电位 Ca2+内流 神经递质释放
突触小泡
突触后受体变构 离子通道开放
膜片钳常见问题解答讲解
膜片钳常见问题解答（一）1.什么是电压钳与膜片钳，有什么区别？答：电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电流，抵消离子通道开放时所产生的离子流，从而将细胞膜电位固定在某一数值。
由于注射电流的大小与离子流的大小相等、方向相反，因此它可以反映离子流的大小和方向。
膜片钳技术钳制的是“膜片”，是指采用尖端经过处理的微电极与细胞膜发生紧密接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上与其它细胞膜分离，这大大降低了背景噪声，使单通道微弱的电流得以分辨出来。
采用电压钳技术将这片膜的电位钳制在某一数值，可记录到单通道电流。
从这点上看，膜片钳技术是特殊的电压钳技术。
随着膜片钳技术的发展，它已经不仅仅局限于“膜片”的概念，也不仅仅采用电压钳技术，还常采用电流钳技术。
2. 离子通道电导的单位是什么？如何换算？答：离子通道电导的单位是西门子（Siemens, S），旧称姆欧，即安培/伏特。
常用皮西门子（pS），1pS＝10E-12 S，1,000 pS＝1 pA/mV。
3. MultiClamp 700A中，在放大器和信号器的连接中，放大器的raw output是否需要连接信号器的 ANALOG IN 接口? scaled output，raw output有什么区别?答：Raw output为原始信号输出，放大器输出的信号没有经过处理（如滤波、放大等），scaled output为定标输出，输出的信号经过了处理。
后者的灵活度大，因此多采用。
目前膜片钳放大器多设有scaled output，你可将其与数模转换器（你所说的信号器）的ANALOG IN连接，这样放大器的输出信号就能传送给计算机了，此时已经没有必要再使用Raw output了。
若你想记录两个输出，则需要将Raw output与数模转换器的另一个ANALOG IN连接。
4. 在Clampex的Edit protocol/Wave中，Step和ramp各有什么适用范围？答：Ramp多用于电流衰减缓慢的离子通道以及失敏不明显的受体通道的I-V曲线制作，如多用于钾、钙离子通道。
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。
膜片钳电压钳原理
膜片钳电压钳原理
膜片钳电压钳原理是一种常用的电子测量仪器，用于测量电路中的电压信号。
它的工作原理是利用薄膜片的变形来实现对电压信号的测量和控制。
在本文中，将详细介绍膜片钳电压钳的工作原理及其在电子领域中的应用。
膜片钳电压钳是一种基于薄膜片变形的电子测量仪器。
它通常由一个薄膜片和一个弹簧组成。
当电压信号作用在薄膜片上时，薄膜片会发生变形，从而改变弹簧的形状。
通过测量弹簧的变形程度，可以得到电路中的电压信号大小。
膜片钳电压钳的工作原理可以简单描述为：当电压信号作用在薄膜片上时，薄膜片会发生形变，使弹簧产生位移。
通过测量弹簧的变形量，可以确定电压信号的大小。
膜片钳电压钳通常用于测量电路中的交流电压信号，可以实现对电路中各种信号的准确测量和分析。
膜片钳电压钳在电子领域中有着广泛的应用。
它可以用于测量电路中各种电压信号，如直流电压、交流电压、脉冲信号等。
膜片钳电压钳具有测量精度高、响应速度快、使用方便等优点，被广泛应用于电子设备的调试、维修、研发等领域。
除了在电子领域中的应用，膜片钳电压钳还可以在其他领域中发挥作用。
例如，在生物医学领域中，膜片钳电压钳可以用于测量生物体内的电信号，帮助医生进行诊断和治疗。
在工业自动化领域中，
膜片钳电压钳可以用于监测生产过程中的电信号，实现对生产过程的控制和调节。
总的来说，膜片钳电压钳是一种重要的电子测量仪器，具有广泛的应用前景。
通过对膜片钳电压钳的工作原理和应用进行深入了解，可以更好地利用这种仪器进行电路测量和分析，为电子领域的发展和进步提供有力支持。
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测量电路中常用的仪器，它的原理是利用薄膜片的变形来测量电路中的电压。
对于电路中的直流电压和交流电压，膜片钳电压钳都可以准确测量。
膜片钳电压钳由两个电极和一个膜片组成。
当电路中的电压作用于膜片上时，膜片会因为电压的变化而产生微小的形变。
这种形变会引起膜片两端的距离变化，从而改变电极之间的电阻值。
通过这种方式，膜片钳电压钳可以测量电路中的电压。
膜片钳电压钳的测量范围通常从几毫伏到几百伏不等。
对于不同范围的电压，膜片钳电压钳的电极间距和膜片的厚度也有所不同。
在实际应用中，膜片钳电压钳可以通过调整电路中的电阻值和放大器的增益来扩大或缩小测量范围。
膜片钳电压钳具有响应速度快、精度高、干扰小等优点，因此在电子、通信、自动化等领域得到了广泛应用。
在实际应用中，膜片钳电压钳可以用于测量电路中的直流电压、交流电压、脉冲信号等，还可以用于测量电路中的电流、电阻等参数。
除了膜片钳电压钳，还有其他测量电路中电压的方法，如电阻分压式、差动放大器式等。
但膜片钳电压钳具有响应速度快、精度高等优点，特别适合于对电路中信号变化快速、幅度小的情况进行测量。
膜片钳电压钳是一种常用的电压测量仪器，它的原理是利用膜片的形变来测量电路中的电压。
它具有响应速度快、精度高等优点，在电子、通信、自动化等领域得到了广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电压钳技术原理图片
电压钳技术原理
•电压钳（voltage
clamp）技术是通过插入细胞内 的一根微电极向胞内补充电流，补充的电流量正好 等于跨膜流出的反向离子流，这样即使膜通透性发 生改变时，也能控制膜电位数值不变。经过离子通 道的离子流与经微电极施加的电流方向相反，数量 相等。因之可以定量测定细胞兴奋时的离子电流。 膜通透性的改变是迅速的，但如使用一个高频响应 的放大器，可以连续、快速、自动地调整注入电流 ，达到保持膜电位恒定的目的。它可以测量细胞的 膜电位、膜电流和突触后电位。
膜片钳技术的建立
• 膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经 科学是一资有重大意义的变革。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。此技 术的出现自然将细胞水平和分子水平的生理学 研究联系在一起，同时又将神经科学的不同分 野必然地融汇在一起，改变了既往各个分野互 不联系、互不渗透，阻碍人们全面认识能力的 弊端。
膜片钳技术的定义
• 1用以记录通过单个膜通道的电流的装置 • 2研究离子通道的一种电生理技术，是施 加负压将玻璃微电极的尖端(开口直径约 1 μ m)与细胞膜紧密接触，形成高阻抗 封接，可以精确记录离子通道微小电流 。能制备成细胞贴附、内面朝外和外面 朝内三种单通道记录方式，以及另一种 记录多通道的全细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（gene cloning）并架齐驱，给生命 科学研究带来了巨大的前进动力。
•
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
膜片钳技术的应用
• 直接观察神经细胞，肌细胞 ，及其他各种细胞中的单一 的离子通道蛋白质分子对相 应离子通透难易等特性，由 于这时微电极不刺入细胞， 即使用于纤小的细胞也不致 造成损伤。膜片钳实验技术 及其各种变式，是从分子水 平研究跨膜离子移动和其他 功能的重要手段。
电压钳的定义
• 用以测量特定离子流的幅值，可使膜电 位即刻达到期望值或使膜电压保持恒定 的装置。
历史起源
• 欧文.内尔（Erwin Neher）和伯特.萨克曼（ Bert Sakinann）在电压钳的基础上发展了膜 片钳（patch clamp）技术，采用较大的微电 极和神经元的细胞膜紧紧接触，两者间形成一 高阻抗密封区。于是，微电极就以一个低阻抗 的电特性进入细胞内。膜片钳不仅可以观察单 离子通道电流，而且有多种模式可以方便地对 细胞进行电压钳制和电流钳制，观察各种离子 通道电流及其调控，并与分子生物学技术结合 进行离子通道与受体的分子结构和功能研究， 广泛应用于神经生物学、生理学、药理学等各 个领域。为此他们获得 1991年诺贝尔生理学 一医学奖。