膜片钳记录法
膜片钳实验与技术
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单击输入目录标题 膜片钳实验原理 膜片钳实验操作流程 膜片钳实验数据分析 膜片钳实验的应用实例
膜片钳实验的未来发展与挑战
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膜片钳实验原理
膜片钳技术的基本原理
膜片钳实验原理：通过玻璃微电极接触细胞膜，记录单一离子通道活动的 电位变化，从而研究细胞膜离子通道的特性。
膜片钳实验操作步骤
准备实验器材：包括膜片钳 放大器、微操纵器、微电极、
细胞夹持器等
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细胞贴片稳定：等待细胞贴 片稳定后，进行下一步操作
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开启膜片钳放大器：开启放 大器，调节放大器参数，确 保记录到有效的膜电流信号
数据记录：记录膜电流信号， 进行分析和处理
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新型膜片钳技术的研发，提高实验效率和准确性 应用人工智能技术，实现自动化数据分析与处理 结合其他技术手段，拓展膜片钳技术的应用领域 持续优化膜片钳设备，降低实验成本，提高普及率
膜片钳实验在多学科交叉中的应用前景
神经科学领域：研究神经元电活动与行为之间的联系 生理学领域：研究生物体的生理功能和机制 药理学领域：研究药物对细胞膜通道的影响和作用机制 生物医学工程领域：开发新型膜片钳技术，提高实验的灵敏度和特异性
膜片钳技术的特点：高灵敏度、高分辨率和高时间分辨率，能够记录单个 离子通道的活动。
膜片钳技术的应用范围：研究细胞膜离子通道的生理功能、药理作用和药 物作用机制等。
膜片钳实验的影响因素：电极内液的成分、温度、细胞内外的离子浓度和 pH值等。
膜片钳实验的应用范围
神经科学：研究神经细胞的电生理特性 药理学：药物对膜通道的影响 生理学：研究生物膜的离子通道功能 病理学：研究疾病状态下膜通道的异常变化
膜片钳记录钠电流实验结果
膜片钳记录钠电流实验结果膜片钳是一种用于记录细胞膜上离子通道电流的实验技术。
在钠电流实验中，膜片钳被广泛应用于研究神经元细胞膜上的钠离子通道的活动。
本文将详细介绍如何使用膜片钳记录钠电流实验结果。
一、实验目的通过使用膜片钳记录钠电流，我们可以了解神经元细胞膜上钠离子通道的特性和功能。
具体而言，我们可以研究钠离子通道的开放概率、电流大小和动力学特性等。
二、实验材料和设备1. 膜片钳：包括一个玻璃微电极和一个放大器。
2. 玻璃微电极：用于穿刺神经元细胞膜，并记录离子通道电流。
3. 放大器：用于放大微弱的离子通道电流信号。
4. 实验室常规设备：显微镜、注射器、培养皿等。
三、实验步骤1. 准备工作：a. 准备好玻璃微电极。
将一根玻璃毛细管拉制成细微的一端，并用火烧熔封，形成一个小孔。
b. 准备好实验室常规设备，确保实验环境安全和卫生。
2. 细胞准备：a. 选择合适的细胞进行实验。
可以使用培养的原代神经元细胞或转染表达特定蛋白质的细胞系。
b. 将培养皿中的细胞置于显微镜下，选择一个健康、完整的细胞。
3. 穿刺膜片：a. 将玻璃微电极连接到放大器上，并调整放大器参数，使其适应记录离子通道电流信号。
b. 控制玻璃微电极接近选定的细胞，并轻轻穿刺膜片，使其与玻璃微电极相连。
c. 在穿刺过程中，需要注意保持薄膜完整性和稳定性。
4. 录制钠电流：a. 穿刺成功后，将放大器参数调整到合适的范围。
通常需要设置合适的增益、滤波和采样频率等参数。
b. 开始记录钠电流。
通过施加一系列不同电压的脉冲，可以激活和测量钠离子通道的电流。
c. 记录一段时间内的电流数据，并保存以备后续分析。
5. 数据分析：a. 使用适当的软件对记录的数据进行分析。
可以计算钠离子通道的开放概率、电流大小和动力学特性等。
b. 可以绘制电流-电压曲线（I-V曲线）来描述钠离子通道的特性。
c. 进一步分析和比较不同条件下钠离子通道活动的差异。
四、实验注意事项1. 实验环境应保持安静和稳定，以避免噪音干扰。
6、膜片钳实验流程
膜片钳记录系统仪器简介：膜片钳技术是细胞电生理方面的高端技术，是研究细胞膜离子通道的重要工具。
目前细胞膜离子通道的研究已经应用到了药物作用、环境对细胞膜离子通道的影响、神经网络研究以及疾病的诊断和治疗等多个领域。
膜片钳技术是神经科学、心血管、药物学和药效学、功能基因组学和许多遗传病深入研究的有力手段。
仪器名称：膜片钳记录分析系统主要设备：PC-2B放大器、AXON200B放大器、正置显微镜、倒置显微镜、NIR-DIC 成像系统、水镜头、微操纵器、微电极拉制仪、抛光仪、振动切片机等。
仪器功能及应用范围：单细胞膜片钳记录（急性分离细胞、培养细胞）、脑片膜片钳记录（盲法、可视法）收费标准：培训费：1个月以内—500元；1~3个月—1000元。
指导操作：院内20元/小时，院外40元/小时。
独立操作：院内60元/天，院外120元/天（由两位指导老师认可培训合格，方可进行独立操作）。
开放时间：周一至周五管理规定：⑴膜片钳记录分析系统属于高端精密仪器，因此任何进入本室进行膜片钳实验的人员，必须经过本室专门人员培训合格认可后，经允许方可进行膜片钳放大器、微操纵器、拉制仪、切片机、显微镜等仪器的操作。
⑵在实验过程中，必须严格按照实验流程进行操作，不得擅自更改操作步骤，不许自行调改仪器设置，以免造成仪器毁损。
⑶仪器损坏赔偿事宜按照我室赔偿制度进行处理。
⑷统一安排实验时间，使用仪器后作登记。
⑸实验人员负责当天的水电安全和室内卫生。
脑片膜片钳实验流程(PC-2B)一、脑片制作1.配制新鲜蔗糖溶液（4°C）和NaCl孵育液（室温，20~25°C）各1L。
2.用丙酮浸泡刀片30 min。
3.麻醉动物：爪蟾—MS-222，大鼠—乌拉坦。
4.解剖动物，取脑组织。
5.切片：根据不同的动物和组织选择不同的方案。
方案一：低熔点琼脂包埋组织后进行切片。
方案二：普通琼脂作托进行切片。
6.处理脑片：蔗糖溶液中40～60min（4°C或32°C）。
膜片钳技术
测试题：
1. 膜片钳的主要记录方式有哪几种，各
有何优缺点? 2. 什么叫整流，产生整流的原因是什么？
膜的被动反应
离子通道开放 膜的主动反应
外向整流
随膜电位的去极化，I-V曲线明显向Y轴（电流轴）靠 近。如IK电流。
内向整流
随膜电位的去极化，I-V曲线明显向X轴（电压轴）靠 近。如烟碱电流。
去极化方向
去极化方向
IK电流的外向整流
烟碱电流的内向整流
尾电流（Tail current）
指通道在激活因素结束时的关闭过程中，所记录
6. 基本概念及参数设置
输入漏电流（Input leakage current）
理论上讲，不施加外部命令时，通过放大 器探头的电流应该为0，如果由于放大器本 身的原因产生了电流，这就是漏电流。由于 放大器控制电流漂移的质量很高，一般漏电 流都很小。
封接电流（Seal current）
由于封接质量不高（没有形成良好的高 阻封接），从封接处产生的电流。成为噪 声。
第三部分
全细胞记录结果举例
+80mV
+40mV
0mV
-40mV
-80mV 200ms
Iso Hypo
Current Density (pA/pF)
-40
60
30
0 -80 0 -30 40 80
Voltage (mV)
-60
Iso 4 Iso 2 Hypo Hypo
Current (nA)
0
倒 置 相 差 显 微 镜
EPC-7膜片钳放大器(德国)
4. 膜片钳的记录方式及基本操作
细胞吸附式（Cell-attached
膜片钳技术及应用
制备玻璃微电极
拉制微电极 材料：硼硅酸盐毛细玻璃管。 要求：玻璃毛胚外径1.3~1.7㎜，内径1.0~1.2
㎜，壁的厚度在0.2㎜以上。管壁越厚，拉 制出的电极尖端管壁也越厚，电极的跨壁 电容就越小，噪声也就越低。
玻璃微电极及膜片的几何形状
电极拉制仪
拉制方法：两步拉制法。
第一步：使玻璃软化，并拉开一个距离，形 成一个细管，即拉制电极的颈部；
高阻封接形成的电流图
膜片钳技术四种基本记录模式
细胞吸附膜片(cell-attached patch) 将两次拉制后经加热抛光的微管电极置于
清洁的细胞膜表面上，形成高阻封接，在细 胞膜表面隔离出一小片膜，既而通过微管电 极对膜片进行电压钳制，高分辨测量膜电流， 称为细胞贴附膜片。由于不破坏细胞的完整 性，
膜片钳技术
向细胞内注射恒定或变化的电流刺激， 纪录由此引起的膜电位的变化，这叫做电流 钳技术。在具体实验中，可通过给予细胞一 系列电流脉冲刺激，诱发细胞产生动作电位。
电压钳技术是通过向细胞内注射一定的
电流，抵消离子通道开放时所产生的离子流， 从而将细胞膜电位固定在某一数值。由于注 射电流的大小与离子流的大小相等、方向相 反。因此它可以反映离子流的大小和方向。
电极液的充灌
对于尖端较细的玻璃微电极，膜片钳实 验中常用的方法是：在微电极尾部施加负压 使尖端充灌电极内液，然后用注射器在微电 极尾部充灌电极内液，最后轻弹微电极杆步 使其内的气泡排出。
充灌长度为电极的1/3。
制备细胞标本
从理论上来讲，膜片钳实验用的细胞标 本可来自体内各种组织细胞，只要细胞表面 光滑，能与微电极尖端形成高阻封接即可。 但在标本制备上，不同组织细胞间联接牢固 程度不同，采用的分离方法也不完全相同。 大体上包括冲洗、酶解消化或机械分离以及 清洗等步骤。
膜片钳技术实验报告
郭静1611210748 北大深圳医院一．概念：膜片钳技术是一种通过微电极与细胞膜之间形成紧密接触的方法，采用电压钳或电流钳技术对生物膜上离子通道的电活动（尤其是可对单通道电流）进行记录的微电极技术。
二．应用：在一个细胞上检测多种离子通道用于离子通道电生理特性的研究研究受体及第二信使对通道活性的作用生理、药理机制研究中的应用三．常用的记录形式：(1) 细胞贴附式：高阻封接后的状态即为细胞贴附式模式，是在细胞内成分保持不变的情况下研究离子通道的活动，进行单通道电流记录。
即使改变细胞外液对电极膜片也没有影响。
(2) 膜内面向外式：在细胞贴附式状态下将电极向上提，电极尖端的膜片被撕下与细胞分离，形成细胞膜内面向外模式。
此时膜片内面直接接触浴槽液，灌流液成分的改变则相当于细胞内液的改变。
可进行单通道电流记录。
此模式下细胞质容易渗漏，影响通道电流的变化，如Ca2+ 通道的run-down 现象。
(3) 全细胞式记录：在细胞贴附式状态下增加负压吸引或者给予电压脉冲刺激，使电极尖端膜片在管口内破裂，即形成全细胞记录模式。
此时电极内液与细胞内液相通成为和细胞内电极记录同样的状态，不仅能记录一个整体细胞产生的电活动，并且通过电极进行膜电位固定，也可记录到全细胞膜离子电流。
这种方式可研究直径小于20μm 以下的小细胞的电活动；也可在电流钳制下测定细胞内电位。
(4) 膜外面向外式(outside-out mode)：在全细胞模式状态下将电极向上提，使电极尖端的膜片与细胞分离后又粘合在一起，此时膜内面对电极内液，膜外接触的是灌流液。
可在改变细胞外液的情况下记录单通道电流。
四．全细胞膜片钳的记录过程：1.DRG神经元的急性分离2.玻璃微电极的制备3.计算机操作（1）打开膜片钳放大器（2）打开计算机，进入Patchmaster操作界面。
（3）单击“store”,选择好文件名和保存路径，单击“save”（4）单击“current clamp”，编辑所需的刺激模式。
膜片钳实验与技术
汇报人：
通过施加电压或 药物刺激可以观 察到离子通道的 开放或关闭状态 从而了解离子通 道的电学特性和 药理学特性。
膜片钳实验原理的 应用广泛可用于研 究药物对特定离子 通道的作用机制和 效果以及研究细胞 生理和病理过程中 的离子通道变化。
准备实验器材：包括膜片钳放大器、微电极、细胞、溶液等
制作细胞膜片：使用微操纵器将微电极置于细胞膜表面形成封 接
膜片钳技术的未 来发展方向
神经科学：研究神经元电活动与行为之间的关系 药理学：筛选和验证药物作用靶点及效果 生理学：研究细胞生理功能及信号转导机制 病理学：探究疾病发生发展过程中细胞电生理变化
PRT THREE
膜片钳技术是通 过玻璃微电极记 录细胞膜单一离 子通道活动的技 术。
膜片钳实验原理 基于膜片钳夹持 技术能够将细胞 膜的某一离子通 道单独夹持在玻 璃微电极之间。
膜片钳技术将进一 步应用于研究神经 元功能和药物作用 机制
膜片钳技术有望在 基因治疗和细胞疗 法等领域发挥重要 作用
膜片钳技术将与新 型技术相结合提高 实验效率和精确度
膜片钳技术将为研 究生物电信号和离 子通道提供更深入 的见解
挑战：高精度的测量和控制技术 挑战：细胞类型特异性标记和分离技术 展望：结合新技术实现更高效和准确的膜片钳实验 展望：拓展膜片钳技术在生物医学领域的应用范围
膜片钳技术用于筛 选潜在药物候选物
膜片钳技术用于研 究药物对神经元信 号转导的影响
膜片钳技术用于研 究药物对心血管系动化与智能化：提高实验效率和准确度 新型材料的应用：提高膜片钳技术的稳定性和可靠性 跨学科融合：与其他领域的技术相结合拓展应用范围 标准化与规范化：推动膜片钳技术的普及和推广
PRT FIVE
膜片钳全细胞记录方式
膜片钳是一种常用于神经生理学研究中的技术工具，用于记录细胞膜电位和电流，从而了解神经细胞的功能和信号传递机制。
下面是一些常用的膜片钳全细胞记录方式：
1.空穴记录法：将膜片钳的微管插入到细胞内，以空穴为单位记录膜上电位。
2.全细胞当前记录法：将膜片钳的微管插入到细胞内，通过电压脉冲激活膜上离子通道，
记录电流和电压。
3.药物切断记录法：在浸润液中加入特定的药物，如Tetrodotoxin（TTX）或
Tetraethylammonium（TEA），可以切断细胞膜上特定的离子通道，从而更好地观察细胞的响应。
4.双电极电压钳法：使用两个电极对细胞进行记录，一个电极记录膜上电位，另一个电极
提供平衡电流，使得膜上电位不变。
5.模拟器记录法：使用模拟器对细胞膜施加电流和电压，观察细胞的响应。
以上是常用的膜片钳全细胞记录方式。
需要注意的是，在进行膜片钳实验时，需要精细的操作技巧和高质量的实验设备，同时还需要对结果进行仔细的分析和解释。
膜片钳实验技术
膜片钳实验技术脑片膜片钳实验方法文献综述一1966年，Yamamoto和McIlwain首次在脑片上记录了电生理活动(1966a, b)，证实了脑组织在体外也能存活，并保持很好的活性状态。
此后，该方法在生理学研究中的应用越来越广泛，并为中枢神经系统生理和药理学领域突飞猛进的发展奠定了基础。
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，这为在细胞水平研究中枢神经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。
在脑片电生理记录中，实验者可以按不同的实验目的直接准确地改变脑片灌流液的成份和条件，如温度、酸度和渗透压、通氧状态、以及离子通道或细胞信号转导通路的阻断剂等；另外，实验者还能借助显微镜准确地放置记录电极和刺激电极，同时，可借助一些特殊的加药装置，将一定浓度的药物加到整个脑片或是脑片上的特定区域上，研究电信号沿神经环路的传递规律。
在电生理学实验结束后，活性较好的脑片还可用于生物化学或解剖学的分析。
这些优点使实验者能获得准确的神经生理学的研究结果，也是其应用较在位大脑广泛的原因所在。
海马脑片是中枢神经系统研究中应用最为广泛标本之一。
其原因有以下几点：1、海马与脑的其它部位相对隔离，较易剥离，且剥离后受到的损伤较小；2、海马具有高度分化的片层结构，一方面，海马神经环路在片层中的分布有一定的空间规律，如锥体细胞胞体分布在锥体细胞层，而雪氏侧支突触分布于辐射层，且海马中存在一个三突触联系的回路，即穿通纤维-齿状回颗粒细胞层、苔状纤维-CA3区锥体细胞层、雪氏侧支-CA1区锥体细胞层等，因此，在海马中可以较准确地记录到特定神经元或突触的反应；另一方面，这种板层结构有利于解释在某一部位记录到的细胞外场电位的意义。
这些都使海马成为电生理学研究的理想标本。
本文对海马脑片膜片钳的操作规程及注意事项总结如下。
一、海马脑片的制备脑片制备中，海马分离应在断头后10分钟内完成，5~6分钟为宜。
膜片钳PPT课件
（二） 受体:细胞膜或细胞内能与某些化学物质(递质、调质、激素) 特
异性结合并产生生物效应的特殊分子。细胞膜上涉及到离子通道的主要受体：
Glu能离子型受体
激动剂
拮抗剂
AMPA
GluR1 Glu
CNQX
GluR2 AMPA
GluR3
GluR4
Kainate
GluR5 Glu
CNQX
GluR6 KA
• 配制切片液及灌流液ACSF，冻存切片液至冰水混合态 • 二元气饱和ACSF • 动物麻醉、断头、取脑、切片 • ACSF中孵育脑片至少30min • 拉制玻璃电极 • 脑片入记录槽，持续ACSF灌流1-3ml/min • 低倍镜定位，IR-DIC镜选择靶细胞
2021
23
• 玻璃微电极充灌电极内液(预配)，并固定于电极夹持器 • 维持电极正压，入液，补偿液接电位 • 操纵电极尖端至靶细胞上方，压之有凹痕（快） • 撤正压，予负压，予半量钳制电压，GΩ（1min 内）封接
1. 结构研究：生化确定蛋白质氨基酸序列+X线衍 射确定结构+……
2.功能研究：电生理技术（膜片钳） +……
3.结构和功能相结合：电生理技术（膜片钳） +转 基因技术+……
2021
3
电流钳----测电压
向细胞内注入恒定或变化的电流，记录相应膜电位变化
电压钳----测电流
为负反馈系统。注入电流，同时钳制电压于固定的某值，此时注入电流恰 好与离子通道开放产生的离子流大小相等，方向相反，以此得知该离子流大 小及方向。
后予全量钳制电压
• 补偿C-fast，破膜 • 补偿C-slow，稳定10-15min
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膜片钳记录法（Patch Clamp Recording）是一种生理学实验技术，用于测量细胞膜离子通道或受体的电生理特性和活动。
该技术的基本原理是使用微型玻璃电极将一个非常小的玻璃管（称为膜片）贴附到单个细胞的表面上，从而形成一个微小的、高阻抗的突触点。
然后在膜片和细胞膜之间形成一个密封，并使用微电极或电极芯片记录跨越这个突触点的电位变化。
这种技术可以测量非常小的电流变化（尤其是亚毫安级别），因此非常适合研究离子通道和受体的活动。
通过控制细胞环境的情况，例如改变温度、pH值或添加化学物质，可以进一步调节离子通道和受体的电生理属性及其响应模式。
这种方法还可以用于研究各种细胞类型的电生理特性，包括神经元和心肌细胞等。
膜片钳记录法是一种十分精密的技术，在操作过程中需要非常小心谨慎，以避免损坏细胞或膜片。
同时，该技术需要一定的专业知识和设备支持，因此通常由有经验的生理学家和技术人员来执行。
总之，膜片钳记录法是一种重要的电生理技术，已经成为研究离子通道和受体的电生理学特性的关键工具之一，对于揭示神经、心血管等多种疾病的发病机制和治疗方法也具有重要意义。