膜片鉗技術是1976年由諾貝爾獎得主Neher和Sakmann發(fā)展起來的一種記錄胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用將細胞水平和分子水平的生理學研究聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代細胞電生理研究的常規(guī)方法，廣泛應用于生物、生理、病理、藥理、神經(jīng)科學、植物和微生物等領域并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術點燃了細胞和分子水平的生理學研究的**之火,與基因克隆技術(genecloning)并駕齊驅,給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。鈣成像技術被廣泛應用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經(jīng)以及多種細胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領域。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術作細胞內電活動的記錄。美國可升級膜片鉗技術

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應的通道跨膜擴散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態(tài)下，對相應離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關閉狀態(tài)，而且只有在經(jīng)過一個額外刺激使通道從失活關閉狀態(tài)進入靜息關閉狀態(tài)后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細胞生物電現(xiàn)象，與細胞興奮性相關。2.神經(jīng)遞質的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關，某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結果，稱為離子通道病（ionchannelpathies）。美國高通量全自動膜片鉗離子通道維持細胞正常形態(tài)和功能完整性。

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態(tài)下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發(fā)時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術

在心血管藥理研究中的應用，隨著膜片鉗技術在心血管方面的廣泛應用，對血管疾病和藥物作用的認識不僅得到了不斷更新，而且在其病因學與藥理學方面還形成了許多新的觀點。正如諾貝爾基金會在頒獎時所說：“Neher和Sadmann的貢獻有利于了解不同疾病機理，為研制新的更為的藥物開辟了道路”。創(chuàng)新藥物研究與高通量篩選，目前在離子通道高通量篩選中主要是進行樣品量大、篩選速度占優(yōu)勢、信息量要求不太高的初級篩選。近幾年，分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎的兩大主流技術市場。將電生理研究信息量大、靈敏度高等特點與自動化、微量化技術相結合，產(chǎn)生了自動化膜片鉗等一些新技術。通過研究離子通道的離子流， 從而了解離子運輸、信號傳遞等信息。

膜片鉗的基本原理則是利用負反饋電子線路，將微電極前列所吸附的一個至幾個平方微米的細胞膜的電位固定在一定水平上，對通過通道的微小離子電流作動態(tài)或靜態(tài)觀察，從而研究其功能。膜片鉗技術實現(xiàn)膜電流固定的關鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細胞膜之間形成高阻密封，其阻抗數(shù)值可達10～100GΩ(此密封電阻是指微電極內與細胞外液之間的電阻)。由于此阻值如此之高，故基本上可看成絕緣，其上之電流可看成零，形成高阻密封的力主要有氫健、范德華力、鹽鍵等。此密封不僅電學上近乎絕緣，在機械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小，其下膜面積只約1μm2，在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少，一般只有一個或幾個通道，經(jīng)這一個或幾個通道流出的離子數(shù)量相對于整個細胞來講很少，可以忽略，也就是說電極下的離子電流對整個細胞的靜息電位的影響可以忽略，那么，只要保持電極內電位不變，則電極下的一小片細胞膜兩側的電位差就不變，從而實現(xiàn)電位固定。在細胞膜的電學模型中，膜電容和膜電導構成了一個并聯(lián)回路。德國細胞膜片鉗離子電流

在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。美國可升級膜片鉗技術

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設備均具有良好的機械穩(wěn)定性，以使微電極與細胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細胞的形態(tài)對應，以實現(xiàn)良好的封接。美國可升級膜片鉗技術

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