第一节 膜片钳技术的基本原理和方法

膜片钳技术是在电压钳技术基础上发展起来的，电压钳是利用负反馈技术将膜电位在空间和时间上固定于某一测定值，以研究动作电位产生过程中膜的离子通透性与膜电位之间的依从关系。但电压钳只能研究一个细胞上众多通道的综合活动规律，而无法反映单个通道的活动特点，同时通过细胞内微电极引导记录的离子通道电流其背景噪声太大。膜片钳技术的优势是可利用负反馈电子线路，将微电极尖端吸附的1μm2至几个平方微米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的观察。因微电极尖端与细胞膜表面进行了高阻抗封接，阻值可达到10～100GΩ，近似电绝缘，从而可大大减少记录时的背景噪音，使矩形的单通道信号得以分辨出来，如图11-1所示。

用场效应管运算放大器构成的I-V转换器（converter），即膜片钳放大器的前级探头（head stage）是测量回路的核心部分。场效应管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，VcMD）时，经过短路负端子可以使膜片等电位，达到电位钳制的目的。当膜片微电极尖端与膜片之间形成10GΩ(1010Ω)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100％作为来自膜片电极的记录电流（Ip）而被测量出来。

膜片钳使用的基本方法是，把经过加热抛光的玻璃微电极在液压推进器的操纵下，与清洁处理过的细胞膜形成高阻抗封接，导致电极内膜片与电极外的膜在电学上和化学上隔离起来，由于电性能隔离与微电极的相对低电阻（1～5MΩ），只要对微电极施以电压就能对膜片进行钳制，从微电极引出的微小离子电流通过高分辨、低噪声、高保真的电流-电压转换放大器输送至电子计算机进行分析处理。

膜片钳技术实现的关键是建立高阻抗封接，并能通过特定的记录仪器反映这些变化，因而，膜片钳实验室除了一般电生理实验所需的仪器外，还特需防震工作台、屏蔽罩、膜片钳放大器、三维液压操纵器、倒置显微镜、数据采集卡、数据记录和分析系统等。