膜片钳技术的介绍和发展历史
介绍
膜片钳技术是通过微玻管电极(膜片电极或膜片吸管)接触细胞膜,用千兆欧姆以上的阻抗使之封接,在电学上分隔和电极尖开口处相接的细胞膜的小区域(膜片)以及其周围,在此基础上固定点位,对这膜片上的离子通道的离子电流(pA级)进行监测记录的方法。
测量回路的核心部分是使用场效应管运算放大器构成的I-V转换器。当场效应管运算放大器的正负输入端子是等电位,向正输入端子施加指令电位时,因为短路负端子以及膜片都可等电位地达到钳制的作用,字膜片微电极与默片之间形成10GΩ以上封接时,其间达到Z小的分流电流,横跨膜片的电流能够1**%作为来自膜片电极的记录电流(lp)而被测量出来。
Neher和Sakmann由于这一伟大的贡献而获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。
发展历史
该技术是根据电压钳(voltageclamp)发展而来的,后来经过Hodgkin和Huxley成功地在神经纤维动作电位的研究中被应用。它的设计原理为以离子作跨膜移动形成了跨膜离子电流(I),离子通过膜的难易程度即是通透性,膜电导(G)即是其膜电阻(R)的倒数。所以,当
膜对某种离子通透性增大时,膜电阻就会变小,即是膜对该离子的电导加大。根据欧姆定律U=IR,即I=U/R=UG,因此,仅仅需要在固定膜两侧电位差(U)时,测出的跨膜电流(I)的改变,就能够了解膜通透性的改变情况。
1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann用双电极对青蛙肌细胞进行钳制膜电位的时候,diyi次记录到ACh激活的单通道离子电流,从而发现了膜片钳技术。
1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50 cmH2O的负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),不仅实现了记录时噪声的大大降低了,而且完成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等改进了该项技术,他们引进了膜片游离技术和全细胞记录技术,从而更加的完善了该项技术,使之具有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-Channel Recording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann 和Neher也因为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。
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