膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术，1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明，从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来，膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一，具有极大的精确性和灵活性，能够揭示离子通道，单细胞突触反应，及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道，膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器，放大器，模数/数模转换器等构成，神经元电信号先通过前置放大器（headstage）初步放大，后传输入放大器进一步放大，再传入模数转换器转化为数字信号，后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信...

1937年，Hodgkin和Huxley在乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录，获1963年Nobel奖1946年，凌宁和Gerard创造拉制出前列直径小于1μm的玻璃微电极，并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。Voltageclamp（电压钳技术）由Cole和Marmont发明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正开始了定量研究，建立了H一H模型（膜离子学说），是近代兴奋学说的基石。1948年，Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年，又证实N—M接触后的Ach以"量子式"释放，获1976年Nobel奖。1976年，德国的Ne...

ePatch虽然设备非常小巧，但功能完备，传统膜片钳设备能做的实验，用ePatch几乎都能做。具有voltage-clamp，current-clamp，zerocurrent-clamp三种模式，自动电极电压飘移补偿，C-fast-C-slow-R-series-P/N补偿，Bridgebalance补偿等功能。可以做全细胞记录也可以做单通道记录，膜片钳技术常做的离子通道电流，突触后电流，动作电位检测等实验都能轻松实现。公司还为此开发了友好的控制和记录软件，笔者上手接触了一下，发现跟AXON的软件类似，并且程序编辑更为简单易用。所记录到的数据可以直接使用Clampfit进行分析，可以说对于使...

膜片钳技术的建立1.抛光及填充好玻璃管微电极，并将它固定在电极夹持器中。2.通过一个与电极夹持器连接的导管给微电极内一个压力，一直到电极浸入记录槽溶液中。3.当电极浸没在溶液中时给电极一个测定脉冲（命令电压，如5-10ms，10mV）读出电流，按照欧姆定律计算电阻。4.通过膜片钳放大器的控制键将微电极前列的连接电位（junctionpotentials）调至零位，这种电位差是由于电极内填充溶液与浸浴液不同离子成分的迁移造成的。5.用微操纵器将微电极前列在直视下靠近要记录的细胞表面，并观察电流的变化，直至阻抗达到1GΩ以上形成"干兆封接"6.调整静息膜电位到期望的钳位电压的水平，使放大器从"搜寻...

细胞是动物和人体的基本单元，细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的，离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科--电生理学。膜片钳技术已成为研究离子通道的黄金标准。电压门控性离子通道：膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时，在电场的作用下，重新分布导致通道的关闭，同时有电荷移动，称为门控电流。配体门控离子通道：神经递质（如乙酰胆碱）、ji素等与通道蛋白上的特定位点结合，引起蛋白构像的改变，导致通道的打开。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得...

不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如PopulationPatchClamp技术∶同SealChip技术一样，完全摒齐了玻璃电极，而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室，每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时，每个小室中封接成功的细胞|数目较多，获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此，不同小室其通道电流的一致性非常好，变异系数很小。美国Axon（MDS）公司采用这一技术研发出了全自动高通量的lonWorksQuattro系统，成为药物初期筛选的金标准滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的化合物体外筛选,服务于全球药企的膜片钳公司,快速获得实验结...

高阻封接技术还明显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10μs、空间分辨率可达1平方微米及电流分辨率可达10-12A。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，较主要还是信号源的热噪声。信号源如同一个简单的电阻，其热噪声为σn=4Kt△f/R式中σn为电流的均方差根，K为波尔兹曼常数，t为温度，△f为测量带宽，R为电阻值。可见，要得到低噪声的电流记录，信号源的内阻必需非常高。如在1kHz带宽，10%精度的条件下，记录1pA的电流，信号源内阻应为2GΩ以上。电压钳技术只能测量内阻通常达100kΩ～50MΩ的大细胞的电流，从而不能用常...

对药物作用机制的研究，在通道电流记录中，可分别于不同时间、不同部位（膜内或膜外）施加各种浓度的药物，研究它们对通道功能的可能影响，了解那些选择性作用于通道的药物影响人和动物生理功能的分子机理。这是目前膜片钳技术应用普遍的领域，既有对西药药物机制的探讨，也普遍用在重要药理的研究上。如开丽等报道细胞贴附式膜片钳单通道记录法观测到人参二醇组皂苷可控制正常和“缺血”诱导的大鼠大脑皮层神经元L-型钙通道的开放，从而减少钙内流，对缺血细胞可能有保护作用。陈龙等报道采用细胞贴附式单通道记录法发现乌头碱对培养的Wistar大鼠心室肌细胞L-型钙通道有阻滞作用。膜片钳通常由两个平行的、弯曲的钳臂组成，钳臂的末端...

全细胞记录构型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后，继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂，电极胞内液直接相通，而与浴槽液绝缘，这种形式称为“全细胞”记录。它既可记录膜电位又可记录膜电流。其中膜电位可在电流钳情况下记录，或将玻管连到标准高阻微电极放大器上记录。在电压钳条件下记录到的大细胞全细胞电流可达nA级，全细胞钳的串联电阻(玻管和细胞内部之间的电阻)应当补偿。任何流经膜的电流均流经这一电阻，所引起的电压降将使玻管电压不同于细胞内的真正电位。电流愈大，愈需对串联电阻进行补偿。全细胞钳应注意细胞必需合理的小到其电流能被放大器测到的范围(25～50nA)。减少串联电阻...

早在膜片钳诞生之前，20世纪50~60年代，Hodgkin与Hexley便发现并使用了电压钳技术，他们通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制，并因此获得了诺贝尔生理医学奖。这也为后来膜片钳的诞生奠定了基础。于1976年，德国马克斯普朗克生物物理化学研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌细胞上，用玻璃电极吸下了一小片细胞膜，记录导了皮安级的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年，耶鲁大学医学院Sigworth等人在记录电极内增加了负压吸引，实现了10-100GΩ的高阻抗封接，使得单电极可以同时实现钳制电位和记录单通道电流。1991年，Neher与Sakmann...

电压钳的缺点:目前电压钳技术主要用于研究巨火细胞的全细胞电流，特别是在分子克隆卵母细胞表达电流的鉴定中，发挥着不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱点:1。微电极需要刺穿细胞膜进入细胞，导致细胞质丢失，破坏细胞生理功能的完整性；2、不能确定单通道电流。由于电压钳位薄膜面积大，包含大量随机开关的通道，背景噪声大，往往会掩盖单通道的电流。3.在小细胞(如直径10-30μm的哺乳动物细胞)上进行电压钳实验，技术难度更大。因为电极需要插入到细胞中，所以微电极的前端必须做得非常薄。如此薄的前端导致电极阻抗较大，往往为60~-80mω或120~150MΩ(视灌注液不同而定)。如此大的电极阻抗，不利于用细胞...

膜片钳技术（patch clamp techniques）是采用钳制电压或电流的方法对生物膜上离子通道的电活动进行记录的微电极技术。1989年，Blanton将脑片电生理记录与细胞的膜片钳记录结合起来，建立了脑片膜片钳记录技术（patch clamp on invitro brains lices），这为在细胞水平研究反射中枢系统离子通道或受体在神经环路中的生理和药理学作用及其机制提供了可能性。离体的脑组织能够在一定的温度、酸度和渗透压、通氧状态等条件下存活并保持良好的生理状态。与急性分离的或培养的神经元相比，离体脑片中的神经元更接近生理状态：基本保持了在体情况下的细胞形态，神经细胞之间及神经...

膜片钳技术是一种用于研究生物细胞膜离子通道的实验方法。它通过在细胞膜上形成小孔，从而对细胞膜的离子通道进行精确的电生理记录和描述。在膜片钳实验中，研究人员通常会先将细胞膜上的脂质双层通过特殊设备进行穿刺，形成一个小孔。然后，他们将一个玻璃微电极插入这个小孔中，以接触并测量细胞膜内部的电位变化。这个玻璃微电极的端非常细，不会对细胞膜产生太大的干扰。通过膜片钳技术，科学家可以精确地测量离子通道的活动，从而了解离子通道在细胞生理学中的作用。例如，他们可以测量离子通道在不同刺激下如何开启或关闭，以及这些变化如何影响细胞的电活动和化学信号传递。此外，膜片钳技术还可以用于研究和鉴定新的药物靶点。通过观察药...

膜片钳技术是由诺贝尔奖获得者Neher和Sakmann于1976年发展起来的一种记录细胞膜离子通道电生理活动的技术。该技术的应用连接了细胞水平和分子水平的生理学研究，已成为现代细胞电生理学研究的常规方法。它广泛应用于生物学、生理学、病理学、药理学、神经科学、植物和微生物学，并取得了丰硕的研究成果。膜片钳技术点燃了细胞和分子水平生理学研究的**之火，并与基因克隆技术并驾齐驱，给生命科学研究带来了巨大的推动力。钙成像技术***用于实时监测神经元、心肌和各种细胞内钙离子的变化，从而检测神经元和心肌的活动。这些技术是人们观察神经和各种细胞活动的直接手段，现已发展成为生命科学研究的热点，也是国家自然科学...

电压钳的缺点:目前电压钳技术主要用于研究巨火细胞的全细胞电流，特别是在分子克隆卵母细胞表达电流的鉴定中，发挥着不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱点:1。微电极需要刺穿细胞膜进入细胞，导致细胞质丢失，破坏细胞生理功能的完整性；2、不能确定单通道电流。由于电压钳位薄膜面积大，包含大量随机开关的通道，背景噪声大，往往会掩盖单通道的电流。3.在小细胞(如直径10-30μm的哺乳动物细胞)上进行电压钳实验，技术难度更大。因为电极需要插入到细胞中，所以微电极的前端必须做得非常薄。如此薄的前端导致电极阻抗较大，往往为60~-80mω或120~150MΩ(视灌注液不同而定)。如此大的电极阻抗，不利于用细胞...

膜片钳技术本质上也属于电压钳范畴，两者的区别关键在于：①膜电位固定的方法不同；②电位固定的细胞膜面积不同，进而所研究的离子通道数目不同。电压钳技术主要是通过保持细胞跨膜电位不变，并迅速控制其数值，以观察在不同膜电位条件下膜电流情况。因此只能用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道活动。目前电压钳主要用于巨大细胞的全性能电流的研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥着其他技术不能替代的作用。该技术的主要缺陷是必须在细胞内插入两个电极，对细胞损伤很大，在小细胞如元，就难以实现，又因细胞形态复杂，很难保持细胞膜各处生物特性的一致。滔博生物TOP-Bright专注基于多种离子通道靶点的...

目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。对离子通道功能的研究，主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能，目前有如下两种技术：电压钳技术（VoltageClamp），膜片钳（patchclamp）技术。在细胞膜的电兴奋过程中，脂质层膜电容...

膜片钳放大器是整个实验系统中的主要，它可用来作单通道或全细胞记录，其工作模式可以是电压钳，也可以是电流钳。从原理来说，膜片钳放大器的探头电路即I-V变换器有两种基本结构形式，即电阻反馈式和电容反馈式，前者是一种典型的结构，后者因用反馈电容取代了反馈电阻，降低了噪声，所以特别适合较低噪声的单通道记录。由于供膜片钳实验的专门的计算机硬件及相应的软件程序的相继出现，使得膜片钳实验操作简便、效率提高。如与EPC-9型膜片钳放大器（内含ITC-16数据采集/接口卡）配套使用的软件PULSE/PULSEFIT，它既可产生刺激波形，控制数据采集，又可分析数据，同时具有用于膜电容监测的锁相放大器，多种软件功能...

20世纪初由Cole发明，Hodgkin和Huxleyw完善，目的是为了证明动作电位的峰电位是由于膜对钠的通透性发生了一过性的增大过程。但当时没有直接测定膜通透性的办法，于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性。 为了弄清膜电导变化的机制和离子通道的存在，也为了克服电压钳的缺点Erwin和Bert在电压钳的基础上发明了膜片钳，并利用该技术***在蛙肌膜上记录到PA级的乙酰胆碱激动的单通道电流，***证明了离子通道的存在。并证明在完整细胞膜上记录到膜电流是许多单通道电流总和的结果。这一技术被誉为与分子克隆技术并驾齐驱的划时代的伟大发明。二人因此获得诺贝尔生理或医学奖。 封接（s...

早在膜片钳诞生之前，20世纪50~60年代，Hodgkin与Hexley便发现并使用了电压钳技术，他们通过双电极电压钳在乌贼轴突上发现了动作电位的离子机制，并因此获得了诺贝尔生理医学奖。这也为后来膜片钳的诞生奠定了基础。于1976年，德国马克斯普朗克生物物理化学研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌细胞上，用玻璃电极吸下了一小片细胞膜，记录导了皮安级的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年，耶鲁大学医学院Sigworth等人在记录电极内增加了负压吸引，实现了10-100GΩ的高阻抗封接，使得单电极可以同时实现钳制电位和记录单通道电流。1991年，Neher与Sakmann...

20世纪初由Cole发明，Hodgkin和Huxleyw完善，目的是为了证明动作电位的峰电位是由于膜对钠的通透性发生了一过性的增大过程。但当时没有直接测定膜通透性的办法，于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性。 为了弄清膜电导变化的机制和离子通道的存在，也为了克服电压钳的缺点Erwin和Bert在电压钳的基础上发明了膜片钳，并利用该技术***在蛙肌膜上记录到PA级的乙酰胆碱激动的单通道电流，***证明了离子通道的存在。并证明在完整细胞膜上记录到膜电流是许多单通道电流总和的结果。这一技术被誉为与分子克隆技术并驾齐驱的划时代的伟大发明。二人因此获得诺贝尔生理或医学奖。 这是一种...

与药物作用有关的心肌离子通道，心肌细胞通过各种离子通道对膜电位和动作电位稳态的维持而保持正常的功能。近年来，国外学者在人类心肌细胞离子通道特性的研究中取得了许多进展，使得心肌药理学实验由动物细胞模型向人心肌细胞成为可能。对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究，通过对各种生理或病理情况下细胞膜某种离子通道特性的研究，了解该离子的生理意义及其在疾病过程中的作用机制。如对钙离子在脑缺血神经细胞损害中作用机制的研究表明，缺血性脑损害过程中，Ca2+介导现象起非常重要的作用，缺血缺氧使Ca2+通道开放，过多的Ca2+进入细胞内就出现Ca2+超载，导致神经元及细胞膜损害，膜转运功能障碍，严重的可使神经元...

膜片钳技术与其他技术的结合Neher等**将膜片钳技术与Fura2荧光钙测量技术相结合，同时进行细胞内荧光强度、细胞膜离子通道电流、细胞膜电容等多项指标变化的快速交替测量，从而获得同一事件过程中各因素的各自变化，进而分析这些变化之间的关系。Neher将能够光解钙离子的钙螯合物引入膜片钳技术，进而可以定量研究钙离子浓度与分泌速率的关系以及相对较大的分泌速率。他还发明了膜片钳的膜电容检测与碳纤维电极的电化学检测相结合的技术。然后***将光电联合检测技术和碳纤维电极电化学检测技术相结合。这种结合既能研究分泌机制，又能鉴定分泌物质，弥补了各单一方法的不足。Eberwine于1991年***将膜片钳技术...

膜片钳技术的发展∶全自动膜片钳技术（Automated patch clamp technique）的出现标志着膜片钳技术已经发展到了一个崭新阶段，从这个意义上说，前面所讲的膜片钳技术我们称之为传统膜片钳技术（ Traditional patch clamp technique），传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞（或一对细胞），对实验人员来说是一项耗时耗力的工作，不适合在药物开发初期和中期进行大量化合物的筛选，也不适合需要记录火量细胞的基础实验研究。全自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...

对药物作用机制的研究，在通道电流记录中，可分别于不同时间、不同部位（膜内或膜外）施加各种浓度的药物，研究它们对通道功能的可能影响，了解那些选择性作用于通道的药物影响人和动物生理功能的分子机理。这是目前膜片钳技术应用普遍的领域，既有对西药药物机制的探讨，也普遍用在重要药理的研究上。如开丽等报道细胞贴附式膜片钳单通道记录法观测到人参二醇组皂苷可控制正常和“缺血”诱导的大鼠大脑皮层神经元L-型钙通道的开放，从而减少钙内流，对缺血细胞可能有保护作用。陈龙等报道采用细胞贴附式单通道记录法发现乌头碱对培养的Wistar大鼠心室肌细胞L-型钙通道有阻滞作用。小片膜的孤立使对单个离子通道进行研究成为可能。进口...

1937年，Hodgkin和Huxley在乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录，获1963年Nobel奖1946年，凌宁和Gerard创造拉制出前列直径小于1μm的玻璃微电极，并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。Voltageclamp（电压钳技术）由Cole和Marmont发明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正开始了定量研究，建立了H一H模型（膜离子学说），是近代兴奋学说的基石。1948年，Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年，又证实N—M接触后的Ach以"量子式"释放，获1976年Nobel奖。1976年，德国的Ne...

膜片钳技术发展历史：1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到ACh启动的单通道离子电流，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），明显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，从而使该技术更趋完善，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-Cha...

细胞是动物和人体的基本组成单元，细胞与细胞内的通信,是依靠其膜上的离子通道进行的，离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科———电生理学（electrophysiology），即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。屯流钳素向细胞内注入刺激电流，记录膜电位对刺激电流的反应。芬兰双电极膜片钳产品介绍膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪声水平降低，相对地增宽了记录频带...

离子通道结构研究∶目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得&#183;阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的&lt;离子通道药理学&gt;和Hill的&lt;lonicChannelsOfExcitableMembranes》。对离子通道功能的研究，主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能，目前有如下两种技术：电压钳技术（VoltageClamp），膜片钳（patchcla...

膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术，1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明，从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来，膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一，具有极大的精确性和灵活性，能够揭示离子通道，单细胞突触反应，及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道，膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器，放大器，模数/数模转换器等构成，神经元电信号先通过前置放大器（headstage）初步放大，后传输入放大器进一步放大，再传入模数转换器转化为数字信号，后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信...