膜片钳电生理记录技术

第一节：膜片钳技术的基本原理
膜片钳技术用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面，使之形成10~100MΩ的高阻封接，被孤立的小膜片面积为微米数量级，因此封接范围内细胞膜仅有少数离子通道。然后对该膜片实行电压钳位，测量单个离子通道开放产生的微小电流，这种通道的开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放的电流幅值分布、开放概率、开放寿命分布等功能参数，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。将该部分细胞采用负压吸破，可以形成最常见的全细胞记录模式，可以研究整个细胞的生理功能和离子通道电生理功能。更进一步，还可以把吸管吸附放膜片从细胞膜上分离出来，以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对膜内外溶液成分及施加药物操作都很方便。
一、记录方式：
全细胞记录法，膜穿孔记录法（perforated patch clamp），巨膜片钳记录法（giant membrane patch clamp），松散封接记录法（loose patch clamp）等
二、技术应用：
1.为了更换电极内液和从电极内施加药物，发展了微电极内灌技术（micropipette perfusion technique）
2.在研究细胞间的缝隙连接（gap junction）通路时，发展了双膜片钳记录法（double patch recording）
3.将富含神经递质受体的游离膜片钳靠近突触部位，可检测递质释放和突触活动，这一技术称为膜片钳探针技术（detector-patch technique）
4.将特异的膜片探针插入卵母细胞，可检测细胞内第二信使含量，此为膜片填塞技术（patch cramming technique）
5.为研究细胞的胞吞与胞吐机制，发展了膜电容测定法（membrane capacitance measurement）
三、样本种类
从最早的肌细胞、神经元和内分泌细胞发展到血细胞、肝细胞、耳蜗毛细胞、胃壁细胞、上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞、精母细胞等多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞发展到组织片乃至整体动物；从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾母细胞发展到鸡细胞、大鼠细胞、人细胞等；从动物细胞发展到细菌、真菌及植物细胞。此外，膜片钳技术还广泛地应用到平面双分子层（planar bilayer）、脂质体（liposome）等人工标本上。
四、研究对象
从对离子通道（配体门控性离子通道、电压门控性离子通道、第二信使介导的离子通道、机械敏感性离子通道及缝隙连接通道等）的研究发展到对离子泵、交换体及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。
五、膜片钳电极已不单单是传统意义上的电信号记录电极，它还可作为其他研究方法的工具使用，如用于进行单细胞PCR技术时的细胞内容物抽吸。