神经生物学脑定位膜片钳技术

膜片钳技术之全细胞式与细胞吸附式的区别：全细胞式记录这个名字乍听上去好像和细胞吸附式没啥两样，无非就是把电极戳在细胞上然后记录它的电活动。但事实是，这两者存在天壤之别。首先的一大区别体现在外部构型上：在cell-attached的记录中，我们不需要用电极戳破细胞膜，只需将其怼在细胞膜上即可；但在whole-cell的记录中，我们不只要将电极怼进细胞膜内，而且还不能怼得过深或过浅，否则你就无法记录到有用的电信号。概括一下就是，要形成全细胞记录必须打破细胞膜，但由于这个操作比较厉害，所以要破膜时请相信玄学。其次，第二大区别在电阻补偿上：在cell-attached的记录中，由于我们无需打通细胞内外膜，因此细胞膜上的各种离子通道或蛋白质就没有串联在电路当中，但是在whole-cell中，串联电阻（Rs）就存在了，因此软件输出的命令电压也就不等于细胞的跨膜电位，故我们需要对其进行补偿。这些注意事项包括：电极电容及细胞膜电容补偿问题，漏电流问题，液接电位的校正问题，空间钳位问题，细胞内容物被电击内液稀释问题，电极内液的成分问题等。膜片钳是一种能够直接观察单一的离子通道蛋白质分子对相应离子通透难易程度等特性的一种实验技术。神经生物学脑定位膜片钳技术

膜片钳技术基本原理与特点：高阻封接技术还很大降低了电流记录的背景噪声，从而戏剧性地提高了时间、空间及电流分辨率，如时间分辨率可达10 μs、空间分辨率可达1平方微米及电流分辨率可达10-12 A。影响电流记录分辨率的背景噪声除了来自于膜片钳放大器本身外，比较主要还是信号源的热噪声。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。神经生物学脑定位膜片钳技术膜片钳使用的注意事项：打雷天气必须禁止膜片钳实验。

膜片钳记录的几种形式：内面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在将微管电极轻轻提起，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，小泡破裂再回到溶液中就得到“内面向外”膜片。此时膜片两侧的膜电位由固定电位和电压脉冲控制。浴槽电位是地电位，膜电位等于玻管电位的负值。如放大器的电流监视器输出是非反向的，则输出将与膜电流(Im)的负值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，继续以负压抽吸，膜片破裂再将玻管慢慢地从细胞表面垂直地提起，断端游离部分自行融合成脂质双层，此时高阻封接仍然存在。而膜外侧面接触浴槽液。

膜片钳技术——打开细胞电生理之门：定义：膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”，是一种基于电工学和电化学原理的分析手段，可以通过检测细胞的电信号(电生理性质)来研究化学物质、电、机械力等刺激因素对细胞功能的影响，从而帮助揭示细胞在生命活动中的化学和生物学机制。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，由于电极与细胞膜的高阻封接，在电极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，就替代单一离子通道电流。全自动膜片钳系统技术指标：信号准确，噪声少，使用了先进的微型“法拉第板”替代传统的“法拉第笼”。

膜片钳的应用：对单细胞形态与功能关系的研究：将膜片钳技术与单细胞逆转录多聚酶链是反应技术结合，在全细胞膜片钳记录下，将单细胞内容物或整个细胞（包括细胞膜）吸入电极中，将细胞内存在的各种mRNA全部快速逆转录成cDNA，再经常规PCR扩增及待检的特异mRNA的检测，借此可对形态相似而电活动不同的结果做出分子水平的解释或为单细胞逆转录多聚酶链式反应提供标本，为同一结构中形态非常相似但功能不同的事实提供分子水平的解释。膜片钳使用的注意事项：在放大器打开时不能用手、金属物品或其它导电的物品接触电极丝。上海全自动电生理膜片钳服务

膜片钳的应用：对药物作用机制的研究。神经生物学脑定位膜片钳技术

膜片钳实验的细胞膜型：一个完整的细胞膜电学模型包含几个基本组分：膜电容，膜电阻和膜电势。这三个电学组分形成的原因各不相同：1、膜电容（membranecapacitance,Cm）的形成是由于生物膜为磷脂双分子层，对离子和其他水溶性物质均不通透，遂使细胞膜成为了电的不良导体，进而导致细胞外液-磷脂双分子层-细胞内液构成了细胞膜电容。Cm的大小与细胞膜表面积成正比，与磷脂双分层的厚度成反比。膜电容在这里的作用，主要为完成细胞的充放电过程。2、膜电阻（membraneresistance,Rm）的形成是由于细胞膜上的蛋白质通道，也就是离子通道的存在。离子和小的极性分子只有通过通道才能进出细胞膜，因此膜电阻在这里的作用，主要就是控制离子的进出。3、膜电势（membranepotential,Vm）又称膜电位，源自膜内外离子浓度的差异，离子浓度的差异又源于细胞膜对离子的选择透过性。膜电位一般可分为静息电位、动作电位和等级电位（不懂的自己去查，此处不赘述）。膜电位的作用主要是维持神经元的兴奋性，并改变离子通道的状态。神经生物学脑定位膜片钳技术

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