高阻封接技術還明顯降低了電流記錄的背景噪聲,從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率,如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外,較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻,其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根,K為波爾茲曼常數,t為溫度,△f為測量帶寬,R為電阻值。可見,要得到低噪聲的電流記錄,信號源的內阻必需非常高。如在1kHz帶寬,10%精度的條件下,記錄1pA的電流,信號源內阻應為2GΩ以上。電壓鉗技術只能測量內阻通常達100kΩ~50MΩ的大細胞的電流,從而不能用常規的技術和制備達到所要求的分辨率。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。進口多通道膜片鉗電壓鉗制
膜片鉗技術原理:膜片鉗技術是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來(見右圖),由于電極前列與細胞膜的高阻封接,在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學上隔離,因此,此片膜內開放所產生的電流流進玻璃吸管,用一個極為敏感的電流監視器(膜片鉗放大器)測量此電流強度,就單一離子通道電流膜片鉗技術的建立,對生物學科學特別是神經科學是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的(或多個的離子通道分子活動的技術。德國全自動膜片鉗參數膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學檢測聯合運用的技術。
20世紀初由Cole發明,Hodgkin和Huxleyw完善,目的是為了證明動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發生了一過性的增大過程。但當時沒有直接測定膜通透性的辦法,于是就用膜對某種離子的電導來**該種離子的通透性。為了弄清膜電導變化的機制和離子通道的存在,也為了克服電壓鉗的缺點Erwin和Bert在電壓鉗的基礎上發明了膜片鉗,并利用該技術***在蛙肌膜上記錄到PA級的乙酰膽堿激動的單通道電流,***證明了離子通道的存在。并證明在完整細胞膜上記錄到膜電流是許多單通道電流總和的結果。這一技術被譽為與分子克隆技術并駕齊驅的劃時代的偉大發明。二人因此獲得諾貝爾生理或醫學獎。
在形成高阻抗封接后,記錄實驗結果之前,通常要根據實驗的要求進行參數補償,以期獲得符合實際的結果。需要注意的是,應恰當設置放大器的帶寬,例如10kHz,這樣在電流監測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術要求高,要掌握有關技術和方法雖不是很困難的事,但要從一大批的實驗數據中,經過處理和分析,得出有意義、有價值的結果和結論,就顯得不那么容易,有許多需要注意和考慮的問題,包括減少噪音,避免電極前端的污染,提高封接成功率,具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式,為記錄特定離子電流如何選擇電極內、外液,如何選擇阻斷劑、激動劑,如何進行正確的數據采集等許多更為復雜的問題,還需在科研實踐中不斷地探索和解決。離子和離子通道是細胞興奮的基礎,亦即產生生物電信號的基礎,生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。
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”。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,產生了自動化膜片鉗等一些新技術。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結果,專業團隊,7*52小時隨時人工在線咨詢.膜片鉗技術的建立,對生物學科學特別是神經科學是一資有重大意義的變革。膜片鉗電壓鉗制
現代膜片鉗技術是在電壓鉗技術的基礎上發展起來的。進口多通道膜片鉗電壓鉗制
膜片鉗技術的創立取代了電壓鉗技術,是細胞電生理研究的一個飛躍,使得離子通道的研究,從宏觀深入到微觀,使昔日的“肉湯生理學(brothphysiology)”與“閃電生理學(lightningphysiology)”在分子水平上結合起來,使人們對膜通道的認識耳目一新。當前,生理學、生物物理學、生物化學、分子生物學和藥理學等多種學科正在把膜片鉗技術和膜通道蛋白重組技術、同位素示蹤技術和光譜技術等非電生理技術結合起來,協同對離子通道進行較全的研究。不少實驗室已經將基因工程與膜片鉗技術結合起來,把通道蛋白有目的地重組于人工膜中進行研究。設想將合成的通道蛋白分子接種入機體以替換有缺陷和異常的通道的功能而達到的目的。進口多通道膜片鉗電壓鉗制