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膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

电压钳的缺点:目前电压钳技术主要用于研究巨火细胞的全细胞电流,特别是在分子克隆卵母细胞表达电流的鉴定中,发挥着不可替代的作用。然而,它也有其致命的弱点:1。微电极需要刺穿细胞膜进入细胞,导致细胞质丢失,破坏细胞生理功能的完整性;2、不能确定单通道电流。由于电压钳位薄膜面积大,包含大量随机开关的通道,背景噪声大,往往会掩盖单通道的电流。3.在小细胞(如直径10-30μm的哺乳动物细胞)上进行电压钳实验,技术难度更大。因为电极需要插入到细胞中,所以微电极的前端必须做得非常薄。如此薄的前端导致电极阻抗较大,往往为60~-80mω或120~150MΩ(视灌注液不同而定)。如此大的电极阻抗,不利于用细胞内电流钳或电压钳记录时,短时间(0.1μs)内将电流注入细胞,从而达到钳制膜电压或膜电流的目的。此外,插在小电池上的两个电极会产生电容并降低电压测量电极的反应能力。封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。双电极膜片钳参数

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在形成高阻抗封接后,记录实验结果之前,通常要根据实验的要求进行参数补偿,以期获得符合实际的结果。需要注意的是,应恰当设置放大器的带宽,例如10kHz,这样在电流监测端将观察不到超越此频带以外的无用信息。膜片钳实验难度大、技术要求高,要掌握有关技术和方法虽不是很困难的事,但要从一大批的实验数据中,经过处理和分析,得出有意义、有价值的结果和结论,就显得不那么容易,有许多需要注意和考虑的问题,包括减少噪音,避免电极前端的污染,提高封接成功率,具体实验过程中还需要考虑如何选取记录模式,为记录特定离子电流如何选择电极内、外液,如何选择阻断剂、激动剂,如何进行正确的数据采集等许多更为复杂的问题,还需在科研实践中不断地探索和解决。芬兰膜片钳电压钳制膜片钳,开启细胞电生理研究新篇章!

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早在膜片钳诞生之前,20世纪50~60年代,Hodgkin与Hexley便发现并使用了电压钳技术,他们通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制,并因此获得了诺贝尔生理医学奖。这也为后来膜片钳的诞生奠定了基础。于1976年,德国马克斯普朗克生物物理化学研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌细胞上,用玻璃电极吸下了一小片细胞膜,记录导了皮安级的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。1980年,耶鲁大学医学院Sigworth等人在记录电极内增加了负压吸引,实现了10-100GΩ的高阻抗封接,使得单电极可以同时实现钳制电位和记录单通道电流。1991年,Neher与Sakmann因为对膜片钳技术的突出贡献获得了诺贝尔生理医学奖。膜片钳技术,在人类对生理学的探究中,无异于一条道路,通往了名为细胞电生理的国度。膜片钳技术也许某一天会被更便捷或更精确的技术取代,但其至今仍然是离子通道相关研究中使用蕞广的技术。

高阻密封技术还***降低了电流记录的背景噪声,从而大幅提高了时间、空间和电流分辨率,如10μs的时间分辨率、1平方微米的空间分辨率和10-12年的电流分辨率。影响电流记录分辨率的背景噪声不仅来自膜片钳放大器本身,还来自信号源的热噪声。信号源就像一个简单的电阻,其热噪声为σn=4Kt△f/R其中σn为电流均方差的平方根,k为玻尔兹曼常数,t为温度,△f为测量带宽,R为电阻值。可以看出,为了获得低噪声电流记录,信号源的内阻必须非常高。如果在1kHz带宽、10%精度的条件下记录1pA的电流,信号源的内阻应该大于2gω。电压钳技术只能测量内阻为100kω~50mω的大电池的电流,常规技术和制备无法达到所需的分辨率。用膜片钳,轻松掌握细胞膜离子通道的电生理特性!

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电压钳技术是由科尔发明的,并在20世纪初由霍奇金和赫胥黎完善。其设计的主要目的是证明动作电位的产生机制,即动作电位的峰值电位是由于膜对钠的通透性瞬间增加。但当时还没有直接测量膜通透性的方法,所以用膜电导来测量离子通透性。膜电导测量的基础是电学中的欧姆定律,如膜Na电导GNa与电化学驱动力(Em-ENa)的关系,膜电流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此,可以通过测量膜电流,然后利用欧姆定律来计算膜电导。然而,膜电导可以通过使用膜电流来计算。这个条件是通过电压钳技术实现的。下一张幻灯片中右边的两张图显示了squid的动作电位和动作电位过程中膜电流的变化,这是霍奇金和赫胥黎在半个世纪前用电压钳记录的。他们的实验证明了参与动作电位的离子电流由三种成分组成:Na、K、Cl。对这些离子流进行了定量分析。这项技术为阐明动作电位的本质和离子通道的研究做出了巨大贡献。在细胞膜的电学模型中,膜电容和膜电导构成了一个并联回路。双电极膜片钳参数

离子通道研究,从膜片钳开始,开启科学探索之旅!双电极膜片钳参数

在膜片钳技术的发展过程中主要形成了五种记录模式,即细胞贴附模式(cell-attachedmode或loose-seal-cellattachedmode)、膜内面向外模式(inside-outmode)、膜外面向外模式(outside-outmode)、常规全细胞模式(conventionalwhole-cellmode)和穿孔膜片模式(perforatedpatchmode)。a.亚细胞水平:细胞贴附模式,可记录通过电极下膜片中通道蛋白的离子电流(红色虚线箭头)。在全细胞膜片钳中,膜片破裂,因此可以记录全细胞的宏观电流,它表示整个细胞的总和电流(蓝色虚线箭头)。b.细胞水平:来自神经元不同部分的全细胞同步记录可确定信号传递的方向。c.神经元网络水平:全细胞记录可以在一个连接神经元的小网络中进行。d.活物水平:可以在执行任务或自由走动的动物大脑中进行全细胞记录。双电极膜片钳参数

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