膜片钳技术的原理
膜片钳技术的原理及应用（综述）
Intro：
细胞是构成生物体的基本单位。细胞内和细胞之间的信号传导的重要途径是通过镶嵌在细胞膜上的离子通道蛋白进行的。1976年，德国的两位细胞生物学家埃尔温. 内尔（Er win Neher）和贝尔特. 萨克曼（Bert Sakmann）建立了一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一或多数离子通道分子活动的技术，成为膜片钳技术（Patch Clamp）。这一技术使对细胞电活动的研究精度提高到1pA的电流分辨率，1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率水平，是细胞和分子水平的生理学研究领域的一次革命性突破。它与基因克隆技术（Gene Cloning）并驾齐驱，推动了生命科学研究的迅速发展。为此，1991年的诺贝尔医学与生理学奖授予了这两位学者，以表彰他们的突出贡献。这一能精确描述细胞通道特征的实验方法在问世后的短短十几年时间里，已经在生物学研究领域显示出了非常重要的意义和广阔的应用前景。
一. 膜片钳技术的基本原理
膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaoh m seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA级）进行检测记录。（如图1）
图1 膜片钳技术原理图
Rs是与膜片阻扰相串联的局部串联电阻（或称入路阻扰），Rseal是封接阻抗。Rs通常为1-5MΩ，若Rseal高达1 0GΩ以上时成为Ip/I=Rseal/（Rs+Rseal）-1，此Ip可作为在I-V转换器（点线）内的高阻扰反馈电阻（Rf）的电压下降而被检出。实际上这时场效应管运算放大器（A1）的输出中包括着膜电阻成分，这部分将在通过第二级场管效应运算放大器（A2）时被减掉。
用场效应管运算放大器（图1-A1）构成的I-V转换器[converter，即膜片钳放大器的前级探头（Head stage）]是整个测量回路的核心部分。在场效应运算放大器的正负输入端子为等电位。向正输入端子施加指令电位(Command Voltage,V CMD)时，由于短路负端子和膜片都可等电位地达到钳制的目的，当膜片微电极尖端与膜片之间形成10 GΩ以上封接时，其间的分流电流达到最小，横跨膜片的电流（I）可全部作为来自膜片电极的记录电流（Ip）而被测量出来。（如图1）
二. 膜片钳技术的各种模式
图2是表示膜片钳技术各种模式（mode）的示意图。首先建立的单通道记录法（Singl e Channel Recording）是细胞吸附模式（Cell-attached Mode），其后又建立了膜内面向外（Inside-out）和膜外面向外（Outside-out）的模式。后来又建立了开放的细胞吸附式膜内面向外（Open cell-attached inside-out mode）和穿孔囊泡膜外面向外（Perforated vesicle out side-out mode）模式。全细胞记录法是在常规方法的基础上附加穿孔膜片（perforated patc h mode）的模式。
图2 膜片钳技术的各种模式
1. 单通道记录法-细胞吸附模式（Cell-attached Mode）
微电极在显微镜下贴近细胞后，给微电极施加一负压，形成高阻抗封接。此时可看到背景噪音明显减少，通常选取电极下仅有一个通道的膜片进行分析，即单通道记录，以利于不失真的观察一个通道的活动状态。该方法的优点是对细胞膜结构和调制系统干扰最小，能准确反映通道的活动状态并对此进行客观分析。但缺点是电流小，分辨率地，对技术要求高，难度较大，且工作量大而成功率又较低。
2. 全细胞记录法
在高阻抗封接做好后，再给一个很小的负压，将电极覆盖的膜吸破，使电极内与整个细胞内相通，用这个方法可记录进出整个细胞的电流。该方法的优点是电流大，信噪比好，既可以做电流钳制又可以做电压钳制，且可以改变细胞内容物。但此法只能用于直径小于3μ的细胞，且仅能观察膜电流的变化，不能分析变化的产生机制。
3. 外面向外（Outside-out），内面向外（Inside-out）模式
这两种技术分别是在细胞吸附式和全细胞记录的基础上改进而成，优点是可以分别观察化学因素对细胞膜内侧面和外侧面结构的影响。
三. 膜片钳技术在植物生理方面的应用
1. 用膜片钳技术测定植物原生质体膜电位
原生质体是研究植物细胞膜特性的适宜材料。由于对原生质体不必考虑细胞比的自由空间等因素，故更便于定量分析膜调节的各种细胞代谢活动。如H+，矿质离子，物质流及植物激素的运输和作用方式等。这类研究的一个重要参数就是膜电位。
常规的植物细胞膜电位测量方法是插入法。该方法是将微电极插入细胞进行测量，故容易使细胞造成较大的损伤，尤其是没有细胞壁保护的原生质体更是如此。而且微电极边缘与伤口不能严密封接，导致较大的漏电流产生，易使膜电位去极化，影响测量结果。所以为了提高可靠性，此法只能用于直径达的植物细胞。而高等植物细胞直径都较小，故很难获得可靠的结果。用膜片钳技术的全细胞法就可以解决这一难题。如前文中的原理所述，该方法与插入法相比对细胞的伤害小，只限于管口范围内（管口直径为1-2μm）。而且由于高阻封接，漏电流很小，所以测得的结果要可靠得多。
例如，用膜片钳技术测定烟草或小麦的原生质体膜电位时，将直径为1.5-1.8mm，中央带有纤维的玻璃毛细管拉制成2-3cm长，尖端直径1-2μm的玻璃微吸管，并作热抛光。用时注入充灌液（140mmol/L KCl，2mmol/LMgCl2,1mmol/LCaCl2,10mmol/L HEPES-KOH,11 mmol/L EGTA-KOH, pH5.2）,微吸管电阻4.3MΩ（0.03MΩ，n=100），封接电阻（0.06M Ω，n=100）。微吸管和压力调节装置固定在显微操纵器上，吸管中Ag/AgCl2电极与BMA -7101双路微电极放大器连接。测量时，先加一负压，使微吸管吸牢原生质体，再加一脉动负压吸破质膜随即读数。
以拟南芥A rabidopsis thaliana Columbia根为材料,利用膜片钳技术测定其根细胞原生质体质膜内向K+电流,并对N a+对其K+电流的影响进行的研究发现，N a+可明显抑制拟南芥根细胞原生质体的内向K+电流；外施Ca2+可缓解N a+对内向K+电流的抑制。说明Ca2+参与了质膜上K+通道对K+，Na+的选择性吸收的调节，从而使植物适应盐胁迫。
2. 用膜片钳技术研究植物细胞质膜的离子通道
离子通道是生物膜上由蛋白质大分子组成的孔道,它属于膜蛋白分类中的B 型蛋白质,通常由几个跨膜的大亲水区构成,可为化学或电学方式激活或抑制,从而控制离子通过膜的
顺势流动,在跨膜离子梯度的形成和维持以及信号转导等生理过程中起着非常重要的作用。
自从在蚕豆保卫细胞膜上发现植物离子通道以来,人们对植物细胞乃至作为细胞器的液泡膜上离子通道的认识迅速深入。
用膜片钳技术研究蚕豆保卫细胞质膜上的钾离子通道时发现，在一部分细胞的质膜上存在有高通导性的阳离子通道。无论在全细胞记录法还是但离子通道记录水平都得到了类似结果。全细胞记录法表明这些高通导性的阳离子通道为钾离子通道。在膜电位为-180mV 时，通过具有高通道性阳离子通道的保卫细胞整个质膜的内向钾电流约为1.5-2.5nA，而通过一般保卫细胞整个质膜的内向钾电流约为0.3-0.5nA。但离子通道记录显示，一些分离膜片上存在高通导性的内向阳离子通道。当膜电位为-118mV时，该内向阳离子通道的通导性约为一般内向钾离子通道的通导性的5倍。这些具有高通导性阳离子通道的特殊保卫细胞的存在可能与逆境条件下气孔的快速效应机制有关。
3. 用膜片钳技术研究高等植物液泡离子通道
液泡是成熟植物细胞和许多真菌、藻类(原核细胞除外) 的重要组成部分。中央大液泡是植物的贮存库,占细胞总体积的90 % 以上。膜片钳技术的研究表明,许多离子和代谢物通过离子通道和离子泵跨液泡膜运送。
Pantoja 等应用膜片钳技术在景天科酸代谢植物和甜菜液泡上发现了苹果酸渗透的液
泡阴离子通道, 此后,在拟南芥液泡上也发现了该通道。它具有强烈的内向整流性质,是一种慢激活的通道;只有在负的生理膜电位时才能被激活;内液中的Cl -可以降低开放几率,从而抑制通道电流,但这并不影响单通道的电导;值得注意的是, 外液中Ca2 + 的浓度和ATP 都不影响VMAL 通道。通道对于MAL -具有极高的选择性, 此外,拟南芥中,其它二价有机阴离子如琥珀酸离子和延胡索酸离子也具有与MAL -相当的通透能力,而草酸乙酰离子的通透能力相对较弱;在甜菜液泡上,也有文献报道称NO -、Ac -和H2PO 4-能够部分通过该通道。VMAL 通道是使MAL -被吸收而进入液泡内的一种途径,但它却不能通过此通道从液泡中流出, 后者采取的途径还有待于进一步研究。
随着膜片钳及其它相关技术地发展,
膜片钳技术的基本原理
（一）膜片钳技术的基本原理： 膜片钳技术是用尖端直径1~2μm的玻璃微电极吸管与经蛋白酶处理干净的细胞膜接触，通过20~30cm H2O的负压吸引造成电极尖端与细胞膜形成高阻封接（10~100GΩ），使电极尖端下的小块膜片与膜的其它部分在电学上绝缘，并在此基础上固定膜片电位，监测几个μm2膜片上1~3个离子通道活动的方法。 高阻封接的形成：高阻封接形成与否是记录细胞离子通道电流能否成功的前提，是进行膜片钳实验的关键一步。微电极尖端与细胞膜形成封接的过程，可以采用软件或刺激器发出一个脉冲电压作用于微电极，造成膜两侧电位差发生变化，产生电极电流，再通过示波器或显示屏，观察电极电流幅度的变化来确定封接程度。在电极未入溶液之前，在显示器或示波器上可见一直线。当电极入液后，软件或刺激器发出的电脉冲经记录微电极、浴液及参考电极形成回路，1mV的封接电压流径5MΩ的电极阻抗，则会产生0.2nA的电流浮动，随着微电极尖端接近、接触细胞膜，电极电阻则进一步增加，而电流幅度则随之减小，当在显示器或示波器上看到电流方波变为直线时，则形成低阻封接（50MΩ），然后经微电极给予负压（-10~-30cm H2O），即可形成高阻封接。再将电脉冲调为10mV，调节快、慢电容电流补偿，消除电容电流，就可进行细胞贴附式膜片钳实验，如果在此基础上再次给予负压或电脉冲，使微电极尖端下膜片破裂，则形成全细胞式。
进行高阻封接时，需注意的是： ①在微电极未入液之前常施以正压，使电极内有液体从电极尖端流出，防止浴液表面灰尘或溶液中粒子附着于电极尖端，影响高阻封接。 ②如果微电极尖端与细胞膜接触后，仍不能形成高阻封接，则电极即不能再用，需重新换一根微电极继续封接。 ③电极尖端与细胞膜接触，稍加负压后电流波形变得平坦，此时，如使电极超极化，则有助于加速形成高阻封接。 ④电极入液后封接的成功率与入浴液后的时间呈反比，电极内液中的肽类或蛋白质成分也会有碍于封接形成。(入浴时间愈短，封接愈快)
膜片钳技术的原理
膜片钳技术的原理及应用（综述） Intro： 细胞是构成生物体的基本单位。细胞内和细胞之间的信号传导的重要途径是通过镶嵌在细胞膜上的离子通道蛋白进行的。1976年，德国的两位细胞生物学家埃尔温. 内尔（Er win Neher）和贝尔特. 萨克曼（Bert Sakmann）建立了一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一或多数离子通道分子活动的技术，成为膜片钳技术（Patch Clamp）。这一技术使对细胞电活动的研究精度提高到1pA的电流分辨率，1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率水平，是细胞和分子水平的生理学研究领域的一次革命性突破。它与基因克隆技术（Gene Cloning）并驾齐驱，推动了生命科学研究的迅速发展。为此，1991年的诺贝尔医学与生理学奖授予了这两位学者，以表彰他们的突出贡献。这一能精确描述细胞通道特征的实验方法在问世后的短短十几年时间里，已经在生物学研究领域显示出了非常重要的意义和广阔的应用前景。 一. 膜片钳技术的基本原理 膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaoh m seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA级）进行检测记录。（如图1） 图1 膜片钳技术原理图 Rs是与膜片阻扰相串联的局部串联电阻（或称入路阻扰），Rseal是封接阻抗。Rs通常为1-5MΩ，若Rseal高达1 0GΩ以上时成为Ip/I=Rseal/（Rs+Rseal）-1，此Ip可作为在I-V转换器（点线）内的高阻扰反馈电阻（Rf）的电压下降而被检出。实际上这时场效应管运算放大器（A1）的输出中包括着膜电阻成分，这部分将在通过第二级场管效应运算放大器（A2）时被减掉。 用场效应管运算放大器（图1-A1）构成的I-V转换器[converter，即膜片钳放大器的前级探头（Head stage）]是整个测量回路的核心部分。在场效应运算放大器的正负输入端子为等电位。向正输入端子施加指令电位(Command Voltage,V CMD)时，由于短路负端子和膜片都可等电位地达到钳制的目的，当膜片微电极尖端与膜片之间形成10 GΩ以上封接时，其间的分流电流达到最小，横跨膜片的电流（I）可全部作为来自膜片电极的记录电流（Ip）而被测量出来。（如图1） 二. 膜片钳技术的各种模式 图2是表示膜片钳技术各种模式（mode）的示意图。首先建立的单通道记录法（Singl e Channel Recording）是细胞吸附模式（Cell-attached Mode），其后又建立了膜内面向外（Inside-out）和膜外面向外（Outside-out）的模式。后来又建立了开放的细胞吸附式膜内面向外（Open cell-attached inside-out mode）和穿孔囊泡膜外面向外（Perforated vesicle out side-out mode）模式。全细胞记录法是在常规方法的基础上附加穿孔膜片（perforated patc h mode）的模式。 图2 膜片钳技术的各种模式 1. 单通道记录法-细胞吸附模式（Cell-attached Mode）
膜片钳技术
膜片钳技术 1、膜片钳技术原理 膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就代表单一离子通道电流。 膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路，将微电极尖端所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上，对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察，从而研究其功能。膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极尖端边缘与细胞膜之间形成高阻密封，其阻抗数值可达10～100 GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。由于此阻值如此之高，故基本上可看成绝缘，其上之电流可看成零，形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。此密封不仅电学上近乎绝缘，在机械上也是较牢固的。又由于玻璃微电极尖端管径很小，其下膜面积仅约1 μm2，在这么小的面积上离子通道数量很少，一般只有一个或几个通道，经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少，可以忽略，也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略，那么，只要保持电极内电位不变，则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变，从而实现电位固定。
膜片钳技术的原理图[51] Rs是与膜片抗阻串联的局部串联电阻（或称入路阻抗），Rseal是封接阻抗。RS通常为1~5MΩ，如果Rseal高达10GΩ以上是成为Ip/I=Rseal/(Rs+Rseal)-1。此Ip可作为I~V转换器（点线）内的高阻抗负反馈电阻（Rf）的电压下降而被检测出。实际上这是场效应管运算放大器（A1）的输出中包括着膜电阻成分，这部分将在通过第二级场效应管运算放大器（A2）时被减掉。 本实验采用的是全细胞记录模式。全细胞记录构型(whole-cell recording)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。全细胞记录模式是向膜片电极施加正压同时使电极尖端接近细胞表面。此时，将电位固定在0mV，连续给与强度为1mV，间期为10~20ms的去极化或超极化脉冲波，并对此时的电流变化进行监视。当电极尖端接近细胞表面时，可以看到应答脉冲波的电流减小。这是将电极内压从正压转变为弱的负压，从而使电流进一步减小，即在电极尖端和细胞膜之间形成了阻抗高的封接。如将固定电位像负电压侧移动，则可以促进封接的形成。当将固定电位调到细胞的静息膜电位近傍时，如果流动的电流大致上成为零时，脉冲波波幅增大，把电流测定增益提高就可测定封接电阻。密闭封接形成之后，封接电阻可达10GΩ以上，这时观测到的电流是单一离子通道电流，他是判断电极阻塞或者已形成很好的密闭封接的良好指标。与脉冲波向上或向下浮动时，可测定出一过性电流[52]。 2、全细胞记录的程序 （1）玻璃微电极的拉制 拉制微电极用的玻璃毛胚外径在1.5mm，内径在0.86mm，用PB-7电极拉制器分两步进行拉制而成。第一步热力为13.5时可使玻璃软化，并拉开一个距离，形成一个细管，第二步用热力为9.4拉断电极细管部，成为两个基本相同的玻璃微电极，此步控制电极的尖部。由于玻璃电极尖端易于粘附灰尘，因此要求现用现拉制。 （2）玻璃微电极的充灌 充灌前，电极内液必须用微孔滤膜（0.2um）进行过滤，目的是除去妨碍巨阻抗封接形成的灰尘。用1ml注射器在玻璃微电极尾部充灌电极内液，
细胞生物学膜片钳成像研究方案
细胞生物学膜片钳成像研究方案 细胞膜是细胞最外层的一层膜，它扮演着维持细胞内外环境稳定的关键角色。细胞膜的形态、运动和功能对细胞的生长发育及代谢活动起着至关重要的影响。为了研究细胞膜的结构和功能，科学家们发明了一种专门用于研究细胞膜的工具——膜片钳。这篇文章将详细介绍膜片钳成像研究方案。 一、膜片钳原理 膜片钳原理是通过将一根精细的玻璃针端粘附在细胞膜上，控制针的移动，形成一个小型膜片，进而观察膜片表面和内部的结构和功能。 二、膜片钳制备 制备膜片钳的关键是制备尖端的玻璃微针。一般使用拉伸法制备微针，首先是将一段粗玻璃毛细管加热，使其柔软，然后拉伸成一根细长的玻璃针，最后将末端研磨成尖端。在制备过程中需要注意保持微针的平衡和尖端的光滑度。 三、膜片钳成像 膜片钳成像技术可以通过光学显微镜进行观察。对于表面结构的观察，采用反射式显微镜对针尖下的细胞膜进行观察；对于内
部结构的观察，采用荧光染色或融合表达荧光蛋白技术对膜片内 部进行标记和观察。 四、膜片钳应用 1. 研究细胞膜的电极性通过模拟离子流动并研究细胞膜电势变化，可以为准确理解细胞生物电现象提供必要的信息。 2. 研究膜蛋白的结构和功能通过观察膜片上的蛋白结构和对蛋白功能的研究，可以深入解析细胞膜功能的化学机制。 3. 研究膜增厚现象通过控制膜片的厚度，可以观察细胞膜增厚的过程和机制，为深入研究细胞膜生物学提供有价值的信息。 五、膜片钳的优缺点 膜片钳成像技术可以实现对细胞膜表面和内部结构的高清晰度 成像，是观察细胞膜的一个重要手段。但是，膜片钳技术需要精 细制备和操作，需要一定的技术力和时间耗费，同时也存在损伤 细胞的风险。 六、结语 随着细胞生物学研究的深入，膜片钳成像技术的应用范围也在 不断扩大。通过对细胞膜的结构和功能进行深入研究，我们可以 更好地理解细胞生命的本质，为生命科学的发展提供强大的支持。
膜片钳原理
膜片钳技术原理 可兴奋膜的电学模型 细胞膜由脂类双分子层和和蛋白质构成。脂质层的电导很低，由于双分子层的结构特点，形成了细胞的膜电容，通道蛋白的开闭状况主要决定了膜电导的数值。在细胞膜的电学模型中，膜电容和膜电导构成了一个并联回路。在细胞膜的电兴奋过程中，脂质层膜电容的反应是被动的，其电流电压曲线是线性的；而由通道蛋白介导的膜电导构成了膜反应的主动成分，它的电流电压关系是非线性的。 当改变跨膜电位时，膜电容和膜电导分别引发被动和主动电流：Im=Ii＋CdV/dt，其中Im是流过膜的总电流，Ii是通道电流，CdV/dt是由膜电容介导的电容电流。为了考察通道电流就必须消除电容电流的影响，此时可以令dV/dt＝0，即将膜电位钳制在一固定数值，使其不随时间变化，这就是电压钳技术的实质所在。 电压钳技术 离子通道的近代观念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世纪30—50年代的开创性研究。在1902年，Bernstein创造性地将Nernst的理论应用到生物膜上，提出了“膜学说”。他认为在静息状态下，细胞膜只对钾离子具有通透性；而当细胞兴奋的瞬间，膜的破裂使其丧失了选择通透性，所有的离子都可以自由通过。Cole等人在1939年进行的高频交变电流测量实验表明，当动作电位被触发时，虽然细胞的膜电导大为增加，但膜电容却只略有下降，这个事实表明膜学说所宣称的膜破裂的观点是不可靠的。1949年Cole在玻璃微电极技术的基础上发明了电压钳位（voltage clamp technique）技术，基本原理如下： 电压钳技术的核心在于将膜电位固定在指令电压的水平，这样才能研究在给定膜电位下膜电流随时间的变化关系。在上图中，膜电位Vm由高输入阻抗的电压跟随器所测量。钳制放大器在比较了膜电位和指令电位E之后，通过电阻Ra将电流注入膜内以控制膜电位。钳制放大器的输出：Vo=A（E－Vm），因为这个输出由电阻Ra和膜所分压，所以输出电流：I=（Vo－Vm）/Ra。由这两个关系可推出：Vm=EA/(1+A)-RaI/（1+A）。因此若钳制放大器的增益A极大，膜电位Vm和指令电位E之间的差别就可以忽略，即实现了电压钳制。 Hodgkin、Huxley和Katz应用电压钳技术研究枪乌贼巨轴突，结合同位素示踪和胞内灌流等技术发现：动作电位的初期，细胞膜主要对钠离子的通透性发生改变，胞外的钠离子迅速内流，并产生所谓的“超射”现象（overshoot）；随后对钠的通透性的急剧减少并且对钾离子的通透性增加。兴奋期的膜电位存在“超射”现象也是膜学说所不能解释的。 根据这些实验，Hodgkin、Huxley和Katz在其1949—1952年的一系列论文中提出了“离子学说”或“钠学说”。认为当膜的去极化超过一个临界值时，就会触发动作电位的产生。在此期间，钠电导迅速上升，钠离子大量内流，使得膜电位接近钠的平衡电位；随后钠电导迅速失活，钾电导逐渐增加，引起膜电位的复极化。 Hodgkin和Huxley通过对电压钳位实验数据的分析，给出了所谓的Hodgkin—Huxley方程。他们将膜电位钳制在不同的水平，观察钾电导或钠电导随时间的变化，然后用一个常微分方程去逼近所得到的实验曲线，而这些微分方程中的参数则假定跟离子通道上的“粒子”相关。根据H—H方程，能够推导出动作电位的阈值、形状、幅度等性质。并且在去除电压钳制的条件下，可以得到一个以电压和时间为变量的偏微分方程，由它可以给出和真实状况相符合的神经冲动的传导。 膜噪声和噪声分析 Katz等人在1970年代初期研究了蛙神经肌肉接头处肌纤维膜电位的波动。他们根据对这种膜电位“噪声”的分析，提出了量子释放的概念，认为神经递质是以囊泡的形式从突触前膜释放到突触间隙中。并且Katz等人借助这种新的“噪声分析”方法（fluctuation analysis），能从突触后膜电位的“噪声”中推测出单位事件的幅度和时程。Anderson、Stevens、Colquhoun和Sigworth等人进一步发展了“噪声分析”。 “噪声分析”的实质在于二项分布期望和方差之间的关系。假定通道只有开和关两个状态，并且各个通道的开关是独立的。若N是通道的总数，p是通道的开放概率，i是单通道电流，I是膜电流的期望值。则有：I=Npi，var(I)=Np(1-p)i2,即：var(I)=iI-I2/N。用var(I)对I作图，这显然是一个开口朝下的抛物线。微分这个二次方程得到曲线的斜率：dvar(I)/dI=i-2I/N,当I=0时的斜率就是单通道电流，根据钳制电位和反转电位之间的差就可以算出单通道电导；在抛物线的顶点即当：dvar(I)/dI=0时，I=Ni/2，由此可算出
膜片钳技术原理与基本操作
膜片钳技术原理与基本操作 1976 年Neher 和Sakmann 建立了膜片钳技术（Patch clamp techniqu^ ,这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一的或多数的离子通道分子活动的技术。1981 年Hamill, Neher 等人又对膜片钳实验方法和电子线路进行了改进，形成了当今广泛应用的膜片钳实验技术。该技术可应用于许多细胞系的研究，也是目前唯一可记录一个蛋白分子电活动的方法，膜片钳技术和克隆技术并驾齐驱给生命科学研究带来了巨大的前进动力，这一伟大的贡献，使Neher 和Sakmann 获得1991 年诺贝尔医学与生理学奖。 一、膜片钳技术的基本原理 用一个尖端直径在 1.5~3.0的玻璃微电极接触细胞膜表面，通过负压吸引 使电极尖端与细胞膜之间形成千兆欧姆以上的阻抗封接，此时电极尖端下的细胞膜小区域（膜片，patch）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定（钳制，Clamp）电位，对此膜片上的离子通道的离子电流进行监测及记录。 基本的仪器设备有膜片钳放大器、计算机、倒置显微镜、示波器、双步电极拉制器、三轴液压显微操纵器、屏蔽防震实验台、恒温标本灌流槽、玻璃微电极研磨器。膜片钳放大器是离子单通道测定和全细胞记录的关键设备，具有高灵敏度、高增益、低噪音及高输入阻抗。膜片钳放大器是通过单根电极对细胞或膜片进行钳制的同时记录离子流经通道所产生的电流。膜片钳放大器的核心部分是以运算放大器和反馈电阻构成的电流-电压（I-V）转换器，运算放大器作为电压控制器自动控制，使钳制电位稳定在一定的水平上。 二、操作步骤 1. 膜片钳微电极制作 (1) 玻璃毛细管的选择：有二种玻璃类型，一是软质的苏打玻璃，另一是硬质的硼硅酸盐
膜片钳的原理和应用
膜片钳的原理和应用 膜片钳的原理 膜片钳是一种常见的机械制动器，它的工作原理基于膜片的弹性变形和钳片的夹持作用。膜片钳由膜片和钳片组成，通过外部力的作用，使膜片产生变形，进而通过钳片的夹持实现制动功能。 膜片钳的主要部件是膜片，膜片通常由弹簧钢或不锈钢材料制成，具有良好的弹性。当膜片钳受到外部力的作用时，膜片会发生弹性变形，从而产生一定的弹性力，通过这种弹性力的作用，将制动器与被制动器之间产生接触，并通过膜片的变形实现制动。 膜片钳的应用 膜片钳由于其结构简单、可靠性高、使用寿命长等特点，被广泛应用于各个领域。 1. 汽车制动系统 膜片钳在汽车制动系统中起到至关重要的作用。汽车制动系统中的制动器通常由膜片钳和摩擦材料组成。当驾驶员踩下制动踏板时，膜片钳受到踏板力的作用，膜片钳的膜片发生弹性变形，钳片夹持摩擦材料与制动器之间的摩擦面，实现制动效果。 2. 工业机械 膜片钳在工业机械中也有广泛的应用。例如，膜片钳可以用于制动装置，通过膜片的变形实现机械的制动。此外，膜片钳还可以用于离合器，通过膜片的弹性变形实现传动效果。 3. 制动防抱死系统 膜片钳还可以应用于汽车的制动防抱死系统中。制动防抱死系统通过利用膜片钳的快速反应和可靠的制动效果，实现对车轮的减速和控制，防止车轮抱死，提高行车安全性。 4. 其他领域 膜片钳还可以应用于其他领域，如航空航天、医疗设备等。在航空航天领域，膜片钳可以用于飞机的刹车系统，通过膜片钳的制动作用实现飞机的停止。在医疗设备中，膜片钳可以用于手术器械的夹持，实现准确和可靠的操作。
总结 膜片钳是一种常见的机械制动器，通过膜片的弹性变形和钳片的夹持作用实现制动功能。膜片钳由于其结构简单、可靠性高、使用寿命长等特点，在汽车制动系统、工业机械、制动防抱死系统以及其他领域都有广泛的应用。膜片钳的应用使得各个领域的设备和机械能够实现安全、可靠的操作。
膜片钳原理
膜片钳原理 膜片钳是一种常见的医疗器械，也被称为血管夹钳。它的工作原理基于膜片结构的特性，能够有效地夹住血管或组织，从而达到止血或切除的目的。 膜片钳的主要部件由两个相互连接的手柄和一个膜片组成。手柄是用于操作的部分，而膜片则是用于夹住血管或组织的部分。手柄通常采用铝合金或不锈钢等材料制成，具有良好的耐腐蚀性和机械强度。膜片则采用弹性材料，如硅胶或聚合物等，具有柔软性和可塑性。 膜片钳的工作原理主要基于膜片的特性。当手柄被按下时，膜片会被压缩并产生变形，从而夹住血管或组织。膜片的变形是由于其材料的特性所决定的。在受到外力的作用下，膜片会发生形变，并产生一定的恢复力。这种恢复力使得膜片能够紧密地贴合血管或组织，并保持一定的夹持力。当手柄松开时，膜片会恢复到原来的形状，从而释放血管或组织。 膜片钳的应用范围非常广泛。在手术中，膜片钳可以用于止血、切除肿瘤、缝合伤口等操作。在血管介入治疗中，膜片钳可以用于血管造影、血管扩张等操作。在一些微创手术中，膜片钳可以通过小孔径进行操作，减少手术创伤。此外，膜片钳还可以用于一些实验室研究和工业生产中的夹持或固定等操作。
膜片钳的设计和制造需要考虑多个因素。首先，膜片的材料选择非常重要。材料应具有良好的弹性和耐用性，以确保膜片的夹持力和寿命。其次，膜片的形状和尺寸也需要根据具体的应用需求进行设计。不同的手术或操作可能需要不同形状和尺寸的膜片钳。此外，膜片钳的制造工艺也需要高度精密，以确保膜片的夹持力和操作的可靠性。 在使用膜片钳时，需要注意操作的技巧和注意事项。首先，操作者应熟悉膜片钳的使用方法，了解其工作原理和操作步骤。其次，操作时要小心轻柔，避免损伤血管或组织。同时，要注意控制膜片的夹持力，以避免过大的力度造成不必要的伤害。另外，膜片钳在使用过程中可能会出现磨损或松动，需要定期检查和维护，确保其正常工作。 膜片钳是一种基于膜片结构的医疗器械，利用膜片的特性实现对血管或组织的夹持。它在各种手术和操作中发挥着重要的作用，具有广泛的应用前景。在设计和使用膜片钳时，需要考虑多个因素，以确保其性能和操作的安全性。希望通过不断的研究和创新，能够进一步提高膜片钳的性能和功能，为医疗和科研工作提供更好的支持。