徐州细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤
膜片钳技术的基本原理
膜片钳技术的基本原理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[gigaohm 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。
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（Erwin 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[gigaohm 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10GΩ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。
膜片钳使用规则
膜片钳使用规则一、工作原理：1.膜片钳是一种可以直接观察单一的离子通道蛋白质分子对相应离子通透难易程度等特性的一种实验技术。
其基本原理是用一个尖端光洁，直径约为0.5~3um 的玻璃微电极同神经或肌细胞的膜接触而不刺入，然后在微电极另一端开口处施加适当的负压，将与电极尖端接触的那一小片膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，这样在这一小片膜周边与微电极开口处的玻璃边沿之间，会形成紧密的封接，其电阻可达数个或数十个千兆欧，这实际上把吸附在微电极尖端开口处的那一片膜同其余部分的膜在化学上完全隔离出来，由微电极记录到的电流变化只同该膜片中通道分子的功能状态有关。
如果在这一小片膜中只包含了一个或少数几个通道蛋白分子，那么通过微电极测量出的电流，就是某种带电离子经由开放的单一通道蛋白质分子进行跨膜移动的结果。
二、操作步骤：1.打开总电源。
2.依次打开电脑、显微镜、监视器、微操、放大器。
3.打开PULSE软件，在E盘建立自己的文件夹。
4.灌注玻璃电极并排空气体。
5.装上玻璃电极，浸入液面并调至视野范围。
6.点击set-up，将增益调为0.5，点Auto，记录电极电阻。
7.封接细胞，若上G，提起或吸破细胞。
8.依次点击on-cell，whole-cell补偿。
9.选定In-out或whole-cell模式进行实验。
10.用毕请关闭仪器，并切断总电源。
三、注意事项：1.每天做实验前请用清水拖地，以防尘埃、静电伤害机器。
2.拉制仪使用前需预热15-30min。
3.银丝电极及地线发白时，请先用砂纸轻微打磨，再浸入新鲜的次氯酸钠溶液镀氯化银，如果银丝电极30min未变黑，则考虑更换次氯酸钠。
4.先开放大器，后开软件；先关软件，后关放大器。
5.非必须用到汞灯时请不要打开汞灯电源，打开后至少需1个小时才可关闭。
6.在放大器打开时绝对不能用手、金属物品或其它导电的物品接触电极丝（包括地线），在取放细胞片时请关闭放大器。
7.向玻璃微电极灌注内液时切勿灌太多（1cm左右为适），以防液体进入银丝底部增加噪声。
细胞生物学膜片钳电生理技术方案
探密神经元：细胞生物学膜片钳电生理技术想要深入了解神经元的内部世界，细胞生物学膜片钳电生理技术是必不可少的工具。
本文将为您详细介绍这一技术的流程和应用。
一、细胞生物学膜片钳电生理技术的流程
1. 细胞分离：使用一定的方法，将某特定细胞（比如神经元）从组织中分离出来。
2. 制备膜片钳：将玻璃毛细管拉制成1-2微米孔径，然后加热拉扯形成一个特定形状的膜片钳。
这个过程需要高超的技术和经验。
3. 吸管过程：将制备好的膜片钳接在一根吸管上，启动吸管的吸气功能，使得膜片钳固定上细胞表面。
4. 测量：通过膜片钳的电学特性测量细胞膜上的电流、电势变化等信息，以了解神经元在不同环境下的生理活动情况。
二、细胞生物学膜片钳电生理技术的应用
1. 突触传递：了解神经元之间信号传递的机制，通过刺激突触区域，测量膜片钳电生理信号，可以得知该突触区域对应神经递质的释放和再吸收等生理和病理过程。
2. 离子通道：如钾、钠、钙等离子通过通道进出神经元，参与神经元兴奋、抑制等生理过程。
细胞生物学膜片钳电生理技术则可以揭示这些离子通道的运转方式和动力学特点。
三、细胞生物学膜片钳电生理技术的注意事项
1. 技术难度较大：这种技术需要较高的专业性和技术能力，并且需要功能完备的设备。
2. 实验操作需谨慎：对细胞的操作需要精确细致，防止对细胞产生不必要的损伤。
同时操作过程中注意安全，防止伤害自己和他人。
细胞生物学膜片钳电生理技术是目前神经元研究最重要的技术手段之一。
实践证明，通过这一技术手段，可以更好地探究神经元内部的运作机制和行为特点，以及有针对性地进行药物筛选等工作。
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。
膜片钳技术及其应用
膜片钳技术可以用于研究细胞信号转导过程中离子通道和受体的变 化，了解信号转导的机制。
细胞功能调控的研究
膜片钳技术可以用于研究细胞功能调控的机制，例如细胞兴奋性的 调节和细胞内离子浓度的变化。
04 膜片钳技术的优势与局限 性
膜片钳技术的优势
高灵敏度
细胞无损
膜片钳技术具有高灵敏度，能够检测单 个离子通道的活动，从而提供关于细胞 膜电位和离子通道功能的重要信息。
膜片钳技术可以在保持细胞完整性的 情况下进行实验，不会对细胞造成严 重损伤或干扰细胞的正常功能。
实时监测
膜片钳技术可以对细胞膜电位进行实时 监测，从而了解离子通道的动态变化， 有助于深入理解细胞生理和病理过程。
膜片钳技术的局限性
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实验条件要求高
膜片钳技术需要高精度的实验设备和条件，包括 低温、低噪声和低阻抗等，这增加了实验的难度 和成本。
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膜片钳放大器
微操纵器
细胞培养皿或显 微镜载玻片
电极溶液
细胞内和细胞外 灌流液
用于放大细胞膜电信号， 提高信号的检测灵敏度。
用于精确控制电极的移动 ，以便在细胞膜上定位和 进行膜片钳实验。
用于培养和固定细胞，以 便进行膜片钳实验。
用于填充电极，以保持电 极的湿润和导电性。
用于维持细胞内外环境的 稳定，并排除干扰实验的 物质。
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在单细胞水平上研究细胞信号转导和离子通道功能，深入了 解细胞生理和病理过程。
膜片钳技术与其他技术的联合应用
结合光学成像技术，利用膜片钳技术对神经元电生理特性进行同时监测和成像，实现多参数的同时测 量。
与基因编辑技术结合，利用膜片钳技术对特定基因表达的离子通道进行功能研究，深入了解基因与离子 通道的关系。
膜片钳技术原理
膜片钳技术原理膜片钳技术是一种常见的实验技术，广泛应用于生物学、药理学、细胞生物学等领域。
它是利用一种特殊的仪器，通过对细胞膜的控制和操作，实现对细胞内外环境的调控和研究。
膜片钳技术的原理主要涉及到膜片形成、膜片钳的构造和工作原理等方面，下面将对这些内容进行详细介绍。
首先，膜片的形成是膜片钳技术的基础。
膜片是由玻璃或石英毛细管制成的，其内外涂有一层导电性金属。
在形成膜片的过程中，需要将毛细管和细胞膜接触，利用毛细管的吸附作用将细胞膜抽附到毛细管上，形成一个微小的膜片。
这一步骤的关键是要保持膜片的完整性和稳定性，以确保后续实验的准确性和可靠性。
其次，膜片钳的构造是实现膜片钳技术的重要工具。
膜片钳通常由微操作系统、压力控制系统、电压控制系统等组成。
微操作系统用于控制膜片的形成和定位，压力控制系统用于控制膜片与细胞膜的接触压力，电压控制系统用于记录和调节膜片与细胞膜之间的电压变化。
这些系统的协同工作，使得膜片钳能够对细胞膜进行高度精准的操作和控制。
最后，膜片钳技术的工作原理是通过对膜片与细胞膜之间的接触和电学特性的测量，实现对细胞内外环境的调控和研究。
在实验中，可以通过改变膜片与细胞膜的接触压力和电压，观察细胞膜的电学特性和通透性的变化，从而研究细胞的离子通道、受体通道等功能。
同时，也可以利用膜片钳技术对细胞内外环境的离子浓度、pH值等进行精准调控，以研究细胞的生理和病理过程。
总之，膜片钳技术是一种重要的细胞生物学实验技术，其原理涉及膜片的形成、膜片钳的构造和工作原理等方面。
通过对这些原理的深入理解和掌握，可以更好地应用膜片钳技术进行细胞内外环境的调控和研究，为生物学、药理学等领域的研究工作提供重要的技术支持。
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。
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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徐州细胞生物学膜片钳电生理技术原理及
步骤
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术是一种用于研究细胞膜离子通道的高精度技术。
该技术可以通过测量细胞膜上的离子通道电流来研究离子通道的特性和功能。
下面将介绍该技术的原理和步骤。
原理：
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术是一种利用微细玻璃管制作的膜片钳，将其与细胞膜贴合，形成一个微小的密闭空间，然后通过电极记录细胞膜上的离子通道电流的技术。
该技术可以测量离子通道的电流和电压，从而研究离子通道的特性和功能。
步骤：
1. 制备膜片钳：将微细玻璃管拉制成细管，然后用火烧制成膜片钳。
制备好的膜片钳需要在显微镜下进行检查，确保其质量符合要求。
2. 细胞培养：将需要研究的细胞培养在培养皿中，待细胞生长到一定程度后，用胰酶等酶类将细胞从培养皿中剥离出来。
3. 细胞贴附：将剥离出来的细胞放在培养皿中，待其贴附在培养皿底部后，用吸管将细胞吸到膜片钳上。
4. 形成膜片：将膜片钳与细胞膜贴合，形成一个微小的密闭空间。
然后用吸管将细胞内的液体抽出，形成一个膜片。
5. 记录电流：将电极插入膜片钳中，然后将电极连接到电压放大器上。
通过电压放大器可以放大细胞膜上的离子通道电流，从而记录下离子通道的电流和电压。
徐州细胞生物学膜片钳电生理技术是一种高精度的技术，可以用于研究细胞膜上的离子通道。
该技术需要制备膜片钳、培养细胞、贴附细胞、形成膜片和记录电流等步骤。
通过该技术可以深入了解离子通道的特性和功能，为研究细胞生物学提供了重要的工具。