鈣成像技術被廣泛應用于實時監測神經元、心肌以及多種細胞胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元、心肌的活動情況。這些技術是人們觀測神經以及多種細胞活動為直接的手段，現已發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。光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學...

對電極持續施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產生的電流波形。開始時增益不宜設得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內液之間離子成分的差異造成了液結電位，故一般電極剛入水時測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設置為0mV，并調節“電極失調控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細胞，當電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內稍加負壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封...

膜片鉗在通道研究中起著重要的作用。膜片鉗技術可以直接觀察和區分單個離子通道電流及其開閉時間，區分離子通道的離子選擇性，同時發現新的離子通道和亞型，在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上，進一步計算細胞膜上的通道數和開放概率。也可用于研究某些細胞內或細胞外物質對離子通道的開閉和通道電流的影響。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于研究離子通道的分子結構與生物學功能的關系。膜片鉗技術也可用于分析藥物對其靶受體的作用位點。例如，神經元煙堿受體是配體門控離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術可以通過記錄煙堿誘發電流，直接反映神經元煙堿受體活動的全過程，包括受體...

ePatch的設計的一些亮點還包括：可以在軟件中伴隨數據進行實驗記錄，你不用再專門拿一個實驗記錄本了，也不用再擔心本本上記錄的內容找不到對應的數據了，系統會把他們一一對應起來。電壓電流刺激模式的編輯更為傻瓜，眾多的模塊，直接拖拽就可以，還伴隨著示例圖，讓你對你編輯的程序一目了然。實時的全細胞參數估算，包括封接電阻，膜電容，膜電阻等重要參數強大的在線分析功能，包括電壓鉗模式下的I/Vgraph，eventdetection，FFT，以及電流鉗模式下的APthresholddetection，APfrequency，APslope等數據可保存成多種格式，你要是個程序達人，可以支持使用Matlab進...

高阻密封技術還***降低了電流記錄的背景噪聲，從而大幅提高了時間、空間和電流分辨率，如10μs的時間分辨率、1平方微米的空間分辨率和10-12年的電流分辨率。影響電流記錄分辨率的背景噪聲不僅來自膜片鉗放大器本身，還來自信號源的熱噪聲。信號源就像一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R其中σn為電流均方差的平方根，k為玻爾茲曼常數，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值。可以看出，為了獲得低噪聲電流記錄，信號源的內阻必須非常高。如果在1kHz帶寬、10%精度的條件下記錄1pA的電流，信號源的內阻應該大于2gω。電壓鉗技術只能測量內阻為100kω~50mω的大電池的電流，常規技術和制備無法達到...

高阻密封技術還***降低了電流記錄的背景噪聲，從而大幅提高了時間、空間和電流分辨率，如10μs的時間分辨率、1平方微米的空間分辨率和10-12年的電流分辨率。影響電流記錄分辨率的背景噪聲不僅來自膜片鉗放大器本身，還來自信號源的熱噪聲。信號源就像一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R其中σn為電流均方差的平方根，k為玻爾茲曼常數，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值。可以看出，為了獲得低噪聲電流記錄，信號源的內阻必須非常高。如果在1kHz帶寬、10%精度的條件下記錄1pA的電流，信號源的內阻應該大于2gω。電壓鉗技術只能測量內阻為100kω~50mω的大電池的電流，常規技術和制備無法達到...

這一設計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經驗的科研工作者，記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發現了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當筆者問他們放大器和數模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。膜片鉗，讓您的離子通道研究更加得心應手！全細胞膜片鉗價格現在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個表面，由于細...

膜片鉗技術發展歷史：1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時，記錄到ACh啟動的單通道離子電流，從而產生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內施加5-50cmH2O的負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時的噪聲實現了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術進行了改進，引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術，從而使該技術更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率。1983年10月，《Single-Cha...

資料分析：一般電學性質∶通過I/V關系計算得到單通道電導，觀察通道有無整流。通過離子選擇性、翻轉電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動力學分析∶開放時間、開放概率、關閉時間、通道的時間依賴性失活、開放與關閉類型（簇狀猝發，Burst）樣開放與閃動樣短暫關閉（flickering），化學門控性通道的開、關速率常數等數據。藥理學研究∶研究的藥物，阻斷劑、激動劑或其它調制因素對通道活動的影響情況。綜合分析得出結淪。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。芬蘭可升級膜片鉗細胞功能特性1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上用雙電極鉗...

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，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。由此形成了一門細胞學科--電生理學。膜片鉗技術已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，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。配體門控離子通道：神經遞質（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結合，引起蛋白構像的改變，導致通道的打開。電壓鉗技術的主要在于將膜電位固定在指令電壓的水平，這樣才能研究在給定膜電位下膜電流隨時間的變化關系。日本單...

全細胞膜片鉗記錄（whole-cellpatch-clamprecording）是應用*早，也是*廣的鉗位技術，它相當于連續的單電極電壓鉗位記錄，也就是說全細胞記錄類似于傳統的細胞內記錄，但它具有更大的優越性，如高分辨率、低噪聲、極好的穩定性以及能控制細胞內的成分等。全細胞記錄技采測定的是一個細胞內全部**通道的電流，記錄過程中電極的溶液取代了原細胞質的成分。雖然膜片鉗記錄技術與*初的單電極電壓鉗位相比進步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面，細胞或腦片的組織選擇及實驗溶液的制備仍然是很重要的步驟。膜片鉗具有雙探頭，相當于兩臺膜片鉗放大器。也具有單探頭膜片鉗放大器。雙分子層膜片鉗市場價在大多數...

膜片鉗技術的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導管給微電極內一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調至零位，這種電位差是由于電極內填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋...

膜片鉗在通道研究中起著重要的作用。膜片鉗技術可以直接觀察和區分單個離子通道電流及其開閉時間，區分離子通道的離子選擇性，同時發現新的離子通道和亞型，在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上，進一步計算細胞膜上的通道數和開放概率。也可用于研究某些細胞內或細胞外物質對離子通道的開閉和通道電流的影響。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于研究離子通道的分子結構與生物學功能的關系。膜片鉗技術也可用于分析藥物對其靶受體的作用位點。例如，神經元煙堿受體是配體門控離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術可以通過記錄煙堿誘發電流，直接反映神經元煙堿受體活動的全過程，包括受體...

現在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個表面，由于細胞電信號在被電極記錄到后，直接進入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號轉變成了數字信號，在很大程度上減少了環境及電路噪音對信號的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質量且穩定的電生理信號。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設備的大小只相當于傳統膜片鉗設備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無需額外電源，連接和使用都極為簡便。沒有了占地方的放大器，數模轉換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們...

膜片鉗技術實現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聲水平降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機械穩定性和化學絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導水平，即O和1，分別對應通道的關閉和開效狀態。2.有的矩形脈沖簇狀發放時，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續開放，中間被閃動樣的關閉所中斷，形成burst開放。有些通道...

這一設計模式似乎幾十年都沒有改變過，作為一個有著近20年膜片鉗經驗的科研工作者，記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺得還會有什么變化。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候，發現了這樣一款獨特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上，當筆者問他們放大器和數模呢？他們說，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個前置放大器中。一些學者建立了組織切片膜片鉗技術（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。美國多通道膜片鉗電壓鉗制離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細...

對單細胞形態與功能關系的研究，將膜片鉗技術與單細胞逆轉錄多聚酶鏈是反應技術結合，在全細胞膜片鉗記錄下，將單細胞內容物或整個細胞（包括細胞膜）吸入電極中，將細胞內存在的各種mRNA全部快速逆轉錄成cDNA，再經常規PCR擴增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形態相似而電活動不同的結果做出分子水平的解釋或為單細胞逆轉錄多聚酶鏈式反應提供標本，為同一結構中形態非常相似但功能不同的事實提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術的實驗室較少，我國北京大學神經科學研究所于1994年在國內率先開展。一些學者建立了組織切片膜片鉗技術（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。美國雙分子層膜...

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細胞內外物質交換的孔道，當通道開放時。細胞內外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經通道順濃度梯度或電位梯度進行跨膜擴散，從而形成這些帶電離子在膜內外的不同分布態勢，這種態勢和在不同狀態下的動態變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎。這些無機離子通過離子通道的進圍所產生的電活動是生命活動的基礎，只有在此基礎上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達、新陳代謝等生命活動。離子通道結構和功能障礙決定了許多疾病的發生和發展。因此，了解離子通道的結構、功能以及結構與功能的關系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發現特異...

在膜片鉗技術的發展過程中主要形成了五種記錄模式，即細胞貼附模式（cell-attachedmode或loose-seal-cellattachedmode）、膜內面向外模式（inside-outmode）、膜外面向外模式（outside-outmode）、常規全細胞模式（conventionalwhole-cellmode）和穿孔膜片模式（perforatedpatchmode）。a.亞細胞水平：細胞貼附模式，可記錄通過電極下膜片中通道蛋白的離子電流(紅色虛線箭頭)。在全細胞膜片鉗中，膜片破裂，因此可以記錄全細胞的宏觀電流，它表示整個細胞的總和電流(藍色虛線箭頭)。b.細胞水平：來自神經元不同...

80年代初發展起來的膜片鉗技術(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術的興起與應用，使人們不僅對生物體的電現象和其他生命現象更進一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認識也不斷的更新，同時還形成了許多病因學與藥理學方面的新觀點。膜片鉗技術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。它和基因克隆技術（genecloning）并架齊驅，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。膜片鉗放大器系統（以下簡稱IPA系統）是高度自動化的膜片鉗放大器系統，所有的功能均通過計算機軟件完成。進口...

80年代初發展起來的膜片鉗技術(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術的興起與應用，使人們不僅對生物體的電現象和其他生命現象更進一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認識也不斷的更新，同時還形成了許多病因學與藥理學方面的新觀點。膜片鉗技術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。它和基因克隆技術（genecloning）并架齊驅，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。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。芬蘭全...

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細胞內外物質交換的孔道，當通道開放時。細胞內外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經通道順濃度梯度或電位梯度進行跨膜擴散，從而形成這些帶電離子在膜內外的不同分布態勢，這種態勢和在不同狀態下的動態變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎。這些無機離子通過離子通道的進圍所產生的電活動是生命活動的基礎，只有在此基礎上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達、新陳代謝等生命活動。離子通道結構和功能障礙決定了許多疾病的發生和發展。因此，了解離子通道的結構、功能以及結構與功能的關系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發現特異...

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創性研究。在1902年，Bernstein創造性地將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明了電壓鉗位（voltageclamptechnique）技術...

膜片鉗技術是一種細胞內記錄技術，是研究離子通道活動的蕞佳工具，也是應用蕞很廣的電生理技術之一。該技術通過施加負壓將微玻管電極（膜片電極或膜片吸管）的前列與細胞膜緊密接觸，形成GΩ以上的阻抗，使電極開口處的細胞膜與其周圍膜在電學上絕緣。被孤立的小膜片面積為μm量級，內中只有少數離子通道。玻璃微電極中含有一根浸入電解溶液中的導線，用于傳導離子。在此基礎上對該膜片施行電壓鉗位（即保持跨膜電壓恒定），如果單個離子通道被包含在膜片內，則可對此膜片上的離子通道的電流進行監測記錄。通過觀測單個通道開放和關閉的電流變化，可直接得到各種離子通道開放的電流幅值分布、開放幾率、開放壽命分布等功能參量，并分析它們與膜...

對單細胞形態與功能關系的研究，將膜片鉗技術與單細胞逆轉錄多聚酶鏈是反應技術結合，在全細胞膜片鉗記錄下，將單細胞內容物或整個細胞（包括細胞膜）吸入電極中，將細胞內存在的各種mRNA全部快速逆轉錄成cDNA，再經常規PCR擴增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形態相似而電活動不同的結果做出分子水平的解釋或為單細胞逆轉錄多聚酶鏈式反應提供標本，為同一結構中形態非常相似但功能不同的事實提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術的實驗室較少，我國北京大學神經科學研究所于1994年在國內率先開展。在細胞膜的電興奮過程中，脂質層膜電容的反應是被動的，其電流電壓曲線是線性的。日本細胞膜片鉗高阻抗封接資料分析：...

膜片鉗技術實現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聲水平降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機械穩定性和化學絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導水平，即O和1，分別對應通道的關閉和開效狀態。2.有的矩形脈沖簇狀發放時，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續開放，中間被閃動樣的關閉所中斷，形成burst開放。有些通道...

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細胞內外物質交換的孔道，當通道開放時。細胞內外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經通道順濃度梯度或電位梯度進行跨膜擴散，從而形成這些帶電離子在膜內外的不同分布態勢，這種態勢和在不同狀態下的動態變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎。這些無機離子通過離子通道的進圍所產生的電活動是生命活動的基礎，只有在此基礎上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達、新陳代謝等生命活動。離子通道結構和功能障礙決定了許多疾病的發生和發展。因此，了解離子通道的結構、功能以及結構與功能的關系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發現特異...

膜片鉗技術∶從一小片（約幾平方微米）膜獲取電子學方面信息的技術，即保持跨膜電壓恒定——電壓鉗位，從而測量通過膜離子電流大小的技術。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。基本原理：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或靜態觀察，從而研究其功能。研究離子通道的一種電生理技術，是施加負壓將玻璃微電極的前列（開口直徑約1μm）與細胞膜緊密接觸，形成高阻抗封接，可以精確記錄離子通道微小電流。能制備成細胞貼附、內面朝外和外面朝內三種單通道記錄方式，以及另一種記錄多通道的全細胞方式。膜片鉗技術實現了小片...

膜片鉗技術與其它技術相結合Neher等**將膜片鉗技術與Fura2熒光測鈣技術結合，同時進行如細胞內熒光強度、細胞膜離子通道電流及細胞膜電容等多指標變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進而可分析這些變化間的相互關系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關系及比較大分泌率等指標。他又創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。之后又將光電聯合檢測技術與碳纖電極電化學檢測技術首先結合起來。這種結合既能研究分泌機制，又能鑒別分泌物質，還能互相彌補各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜...

光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學，特別是神經和心臟研究領域中熱門的研究方向之一。目前這一技術正在被全球幾百家從事心臟學、神經科學和神經工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經、精神疾病、心血管疾病的發病機理并研發針對疾病干預和的...