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1、膜片钳技术的发展及应用作者：生命科学学院2010级加孜依拉.巴旦1241410034摘要膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的,来反映细胞膜上离子通道活动的一项技术。它对通过离子通道的离子电流进行记录，目前已发展出多种记录模式,广泛应用于神经科学、药理学、细胞生物学，生理学和分子生物学等学科领域。概括了膜片钳技术的基本原理,归纳出该技术的主要操作步骤，并对其发展与应用进行了总结。关键词膜片钳离子通道电生理发展及应用一、膜片钳技术的发展史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
2、位的同时，记录到ACh激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O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-ChannelRecording》一书问世，奠定了膜片钳技术
3、的里程碑。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。二、膜片钳技术的基本原理膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”是研究离子通道的最重要的技术。目前膜片钳技术已从膜片常规钳技术（Conventionalpatchclamptechnique）发展到自动化膜片钳技（Automatedpatchclamptechnique）。传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞，对实验人员来说是一项耗时耗力的工作，它不适合在药物开发初期和中期进行大量化合物的筛选，也不适合需要记录大量细胞的基础实验研究。全自
4、动膜片钳技术的出现在很大程度上解决了这些问题，它不仅通量高，一次能记录几个甚至几十个细胞，而且从找细胞、形成封接、破膜等整个实验操作实现了自动化，免除了这些操作的复杂与困难。这两个优点使得膜片钳技术的工作效率大大提高了！签于全自动膜片钳技术的这些优点，目前已经广泛的用于药物筛选。膜片钳技术(patch-clamptechnique)是在电压钳技术的基础上发展起来的,采用记录流过离子通道的离子电流,来反映细胞膜上单一的(或多个的)离子通道分子活动的技术。该技术可将一尖端经加热抛光的玻璃微电极管吸附只有几平方微米的细胞膜,在玻璃电极尖端边
5、缘与细胞膜之间形成高阻封接,因而可通过微电极直接对膜片(细胞膜小区域)进行电压钳制,而无需使用其它微电极。1976年,德国生理学家Neher和Sakmann首先利用此技术研究肌肉细胞膜上的乙酰胆碱受体通道,记录出了量值在皮安级(10-12A)的微弱电流。1981年,Hamil和Neher等人对最早的膜片钳方法和电子线路做了较大的改进和完善,使其电流测量的灵敏度达到1pA,时间和空间分辨率分别达到10s和1m,并已发展出几种适合不同需要的记录模。三、应用学科膜片钳技术发展至今，已经成为现代细胞电生理的常规方法，它不仅可以作为基础生物医学
6、研究的工具，而且直接或间接为临床医学研究服务，目前膜片钳技术广泛应用于神经（脑）科学、心血管科学、药理学、细胞生物学、病理生理学、中医药学、植物细胞生理学、运动生理等多学科领域研究。随着全自动膜片钳技术（Automaticpatchclamptechnology）的出现，膜片钳技术因其具有的自动化、高通量特性，在药物研发、药物筛选中显示了强劲的生命力。四、应用的标本种类与研究对象使用的标本种类繁多。从最早的肌细胞（心肌、平滑肌、骨骼肌）、神经元和内分泌细胞发展到血细胞、肝细胞、耳窝毛细胞、胃壁细胞、上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞、精母细
7、胞等多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞（包括细胞株）发展到组织片（如脑片、脊髓片）乃至整体动物；从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾卵母细胞发展到鸡细胞、大鼠细胞、人细胞等等；从动物细胞发展到细菌、真菌以及植物细胞。此外，膜片钳技术还广泛地应用到平面双分子层（Planarbilayer）、脂质体（Liposome）等人工标本上。研究对象已经不局限于离子通道。从对离子通道（配体门控性、电压门控性、第二信使介导的离子通道、机械敏感性离子通道以及缝隙连接通道等等）的研究发展到对离子泵、交换体以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。（1）膜片钳技术与荧光
8、技术的结合荧光探针Fura-2、luo-3F、luo-4等F常用于检测细胞内的钙离子浓度，能与钙离子结合，产生较强的荧光,通过膜片微电极将其引入细胞，可以利用膜片钳记录细胞内的钙离子浓度,钙离子的释放及内流等情况,研究细
