【關鍵詞】膜片鉗系統(tǒng);微電極拉制儀;儀器設備;使用規(guī)范

　　一、膜片鉗技術的工作原理

　　膜片鉗技術是用于了解離子通道行為的通用型電生理工具，首先用微玻管電極(膜片電極或膜片吸管)接觸細胞膜，然后以千兆歐姆以上的阻抗使電極尖端與細胞膜封接，通過吸破或者電破的方式使與電極尖開口處相接的細胞膜的小區(qū)域與其周圍區(qū)域在電學上分隔，然后細胞膜破裂，進而對此區(qū)域上的離子通道的離子電流進行監(jiān)測記錄的方法。該方法廣泛應用于神經(jīng)細胞，肌纖維細胞，心肌細胞及高表達單一通道的卵母細胞。主要用于監(jiān)測離子通道在正常或者疾病狀態(tài)下如何表現(xiàn)，以及不同藥物、離子或其他分析物如何改變這些狀態(tài)。

　　膜片鉗技術的建立，對生物科學特別是神經(jīng)科學是一項具有重大意義的變革。這是一種通過離子通道記錄的離子電流來反映細胞膜單一的(或多個)的離子通道活動的技術。該技術的出現(xiàn)將生理學的細胞水平和分子水平聯(lián)系在一起，又將神經(jīng)科學的不同亞科融匯在一起，促進了各個學科之間的聯(lián)系，加速了我們神經(jīng)科學的研究進展，深入探討神經(jīng)活動的機制研究。

　　二、膜片鉗技術操作方法

　　實驗前準備：打開總電源及穩(wěn)壓電源，打開電腦、放大器，并開啟程序軟件patchmaster，新建數(shù)據(jù)文檔并準備開始試驗;用P97微電極拉制儀拉制玻璃電極若干備用;檢查減震臺的減震效果，打開倒置顯微鏡，監(jiān)視器和微操備用;取一皿細胞將其中玻片取出放入小培養(yǎng)皿中，置于倒置顯微鏡下，于低倍鏡下尋找狀態(tài)良好的細胞，并轉入高倍鏡下再次確認細胞狀態(tài)及貼壁情況等;確認細胞后，取電極一根充灌電極內(nèi)液，彈出氣泡，然后套入銀絲并插入探頭中扭緊旋鈕，用注射器管道給電極一點點正壓，將電極入水;入水后，查案入水電阻，要在4-8M左右的電極才可以使用，通過調節(jié)微操，使電極不斷向下接近細胞，待電極尖端逐漸變清晰并且將要接近細胞時停止向下，然后把電極移到細胞上方，調節(jié)放大器上的調零旋鈕以保證基線在零水平。

　　開始封接：調低微操步進速度，使電極尖端慢慢向細胞靠近，如發(fā)現(xiàn)基線方波突然變小，封接電阻上升時，即停止電極下降，通過注射器給電極負壓，封接成功的可見方波很快變小，電阻升至G歐。此時，調節(jié)快電容補償按鈕，將快電容電流補償?shù)簦绶饨臃€(wěn)定后，準備破膜。

　　破膜：在鉗制電位水平- 60mV時，漏電流<20pA，給予比較大的負壓(也可根據(jù)情況使用ZAP電破方式破膜)，將要破膜時可見基線上下浮動，破膜后，可見基線前后有兩個較大的慢電容電流。此時需要觀察操作程序上漏電流數(shù)值，如果超過50pA，表明漏電流很大，此細胞不能繼續(xù)實驗。如漏電流正常(小于20pA)則繼續(xù)以下實驗：調節(jié)慢電容(c-slow)與快電容(c-fast)補償按鈕，將慢電容電流也補償?shù)簟Ｍ瑫r觀察破膜電阻Rm(正常500M-1G)、串聯(lián)電阻Ra(正常5M-15M)，記錄膜電容值。設置濾波頻率為3.9KHz，采樣頻率為25-50KHz，要求漏電流小于20pA。

　　電壓鉗模式記錄：在全細胞記錄模式( whole-cell)下，為了讓電極內(nèi)液和細胞內(nèi)液充分交換，以達到穩(wěn)定細胞狀態(tài)的目的，我們需要靜待幾分鐘。細胞穩(wěn)定后，在電壓鉗的模式下，給予- 60mV-60mV的電壓刺激，便可觀察到細胞總的內(nèi)向和外向電流，結合內(nèi)向和外向流的大小，就可初步判斷細胞的興奮水平，判斷細胞狀態(tài)、封接的好與壞、電容補償是否符合要求。

　　電流鉗模式記錄：將記錄模式轉換到電流鉗模式( c-lamp)下，把鉗制電流數(shù)值改為“0”，可在程序軟件上觀察到靜息膜電位數(shù)值( Resting Membrane Potential，RP)，記錄膜電位數(shù)值大小，正常神經(jīng)細胞靜息膜電位在50-60V。記錄動作電位：神經(jīng)損傷、炎癥下或者神經(jīng)增敏下，初級感覺神經(jīng)元的興奮性會發(fā)生改變，一般采用300ms波寬標準記錄參數(shù)。

　　神經(jīng)元興奮性記錄：神經(jīng)元的興奮性主要是通過描述神經(jīng)元的細胞膜特性表示。神經(jīng)元細胞的膜特性包括主動膜特性和被動膜特性。主動膜特性包括動作電位閾值(閾電位)、振幅、持續(xù)時間、超射、潛伏期、基強度以及在2倍和3倍基強度電流刺激產(chǎn)生的動作電位的數(shù)量;被動膜特性包括膜靜息電位、輸入阻抗和膜電容等。

　　三、注意事項

　　首先操作過程中如有轉移液體的，應注意把物鏡調節(jié)，不要將溶液濺到顯微鏡頭;不可用手直接接觸探頭銀絲，會損害放大器;實驗前觀察探頭銀絲的鍍銀情況，如銀絲表面已發(fā)白，則需鍍銀;地線需要浸沒在液體以下，確保實驗正常開展。

　　四、日常清潔維護

　　實驗結束及時關閉放大器，延長放大器壽命;把顯微鏡光源調至最小后關閉顯微鏡電源;微操的步進馬達關閉之前一定要歸零;保存好所有數(shù)據(jù)后，關閉軟件和電腦;如實驗中用到加藥管，需要用超純水清洗加藥管與吸水管，否則管道將會被鹽溶液結晶后堵塞。將廢液缸中的液體倒掉，垃圾帶走，使用完畢的玻璃電極，扔進銳器盒;將自己的東西全部收拾好，放回原位;打掃膜片鉗室，以保證實驗室的清潔;膜片鉗室需要配備除濕機，加強房間干燥，防止設備受潮;房間注意防塵，盡量不長時間開窗，保障設備干凈整潔。

　　五、可能常見問題

　　膜片鉗實驗，最棘手的就是排干擾的問題：要防干擾，需要給所有設備設置屏蔽籠和機柜，可以有效地排除外界干擾;還要將屏蔽室內(nèi)外的各個可能產(chǎn)生電磁干擾的儀器務必都要接地，有的儀器有很多零部件，有些部件之間是絕緣的，要將絕緣的部分分別接地。同一個部件不要重復接地，否則也可能產(chǎn)生干擾。顯微鏡是膜片鉗實驗中很重要的一個組成部分，所以它的排干擾問題也非常重要，我們需要把顯微鏡的燈罩打開，在內(nèi)部的螺絲上接出一根線，然后在顯微鏡臂上的螺絲上接一根線，可以有效的排除干擾;另外浴槽電極與灌流液一定要接觸良好，不然也會出現(xiàn)干擾的。接地線沒有特殊的要求，只要一般的電線就可以了，實驗過程中，要防止所有實驗液體流到實驗臺或者防震臺上，否則也會產(chǎn)生干擾。排除干擾，是我們正常開展上機實驗的前提，至關重要。

　　我們實驗中可能還會出現(xiàn)放大器超載現(xiàn)象，關于這個問題，我們可以從以下幾個方面檢修：(1)查看電極拉制質量，保證電極沒有斷頭、過粗的現(xiàn)象;(2)檢查放大器探頭和參比電極的銀絲鍍銀情況，要經(jīng)常鍍銀，并且要保持鍍銀均勻;(3)檢查各個設備接地良好;(4)實驗用細胞外液、電極內(nèi)液按照規(guī)定配方規(guī)范配置，液體滲透壓、pH保證在正常范圍，并用濾膜過濾去除雜質細菌;(5)電權入水后適當調節(jié)液接電位。

　　六、膜片鉗附屬設備：P-97微電極拉制儀

　　P-97微電極拉制儀是用于Flaming/Brown型微電極、膜片鉗電極、微注射針的拉制器。簡單闡述一下電極拉制過程：打開拉制儀開關，選擇已經(jīng)設置好參數(shù)的拉制通道，選擇enter鍵進入。拿取一根玻璃電極，沿彈簧夾上固定玻璃電極的位置向加熱室推進，并小心準確地將玻璃電極在加熱室的鉑金片中穿過，推到底后，用手固定下面的一側的固定夾把手，旋緊該固定夾旋緊螺母，另一只手推動另外一側固定夾，兩側固定夾緊靠加熱室兩側，確保加熱室兩側玻璃管長度對稱，旋緊另一側固定夾螺母。蓋好拉制儀蓋子，摁PULL按鈕，然后拉制儀即開始加熱拉制程序。拉制儀啟動加熱，加熱到指定HEAT值，鉑金片開始變紅發(fā)熱，玻璃管開始融化，伴隨著兩側固定臂的拉力，當拉力達到設定的VEL值，鉑金片停止加熱，并開始吹氣冷卻，吹氣的壓力和時間即為設定的pressure和TIME，在兩臂的持續(xù)拉力下，拉開電極。即完成了一次拉制。

　　使用拉制儀需要注意以下幾點：首先安放加熱片要在吹氣孔的正中間，不能和微玻璃管有任何接觸，若加熱片安裝的位置不準確，對電極的準確拉制影響很大。拉制電極都需要先通過RAMP TEST確定HEAT值，再不斷調整PULL、VEL、TIME值，參數(shù)要慢慢調試，才可以滿足實驗需要。平時要做好設備的防塵工作，避免觸碰加熱片，定期進行干燥劑更換。

　　電生理膜片鉗設備價格昂貴，設備使用和維護要求也比較高，因此實驗人員務必掌握規(guī)范的操作要領，嚴格遵守使用規(guī)范，并定期做好設備的清潔維護，才可以保證設備的有效運行以及科研成果的準確性和穩(wěn)定性。