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1、膜片钳放大器的原理说明膜片钳放大器的原理说明 AXON 700B 放大器极其相关配件是美国 AXON 公司制造，该 仪器是膜片钳电生理实验的核心必备设备，将细胞或组织内极其微 弱的电生理信号进行放大处理，变为可视化信号。该设备并实现信 息的采集、统计及相应的处理。应用于生理学、细胞学、神经学等 多个领域，帮助人们对各种生理机制进行深入细致的研究，如细胞 或神经信号的传导、细胞的分泌及细胞内蛋白的合成运输过程等。 该仪器由计算机控制，电压及电流变化范围广，具有各种快慢电容 的自动补偿功能，并有灵活多样的信号编辑功能。是目前世界上一 流的电生理膜片钳放大器产品。 放大器的发明及应用领域 放大器的发
2、明及应用领域 1976 年 Neher 和 Sakmann 建立了膜片钳技术，这是一种以记录 通过细胞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。这种技术点燃了细胞和分子水平的生理学研 究的革命之火， 并使 Neher 和 Sakmann 获得 1991 年度的诺贝尔医学 与生理学奖。在欧美等国家，膜片钳已经成为一种标准的电生理仪 器，应用从生理、病理、药理到神经科学的广泛领域内，得到各大 学、医学院等生命科学研究机构的广泛应用。 膜片钳的技术原理 膜片钳的技术原理 膜片钳系统包括两大部分，硬件和软件部分。其中硬件部分包 括探头、放大器主机、数字化接口，而软件部分则
3、包括 Windows 版 本的 Pclamp10 软件。 膜片钳技术是利用微玻管电极接触细胞， 以千兆欧姆以上的阻 抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域与其周围在 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 电流进行检测记录。 用场效应管运算放大器构成 I-V 转换器是这个测量回路的核心 部分。在常效应管运算放大器的正负输入端子为等电位，向正输入 端子施加指令电位时，由于短路负端子以及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 10G 以上的封接 时， 期间的分流电流达到最小，横跨膜片的电流可 100%作为来自膜片电 极的记录电流而被测量出来
4、。细胞膜是细胞的重要部分，体现细胞 的绝大部分功能。在细胞膜上分布着众多的通道蛋白，这些通道蛋白的开通和关闭以及概率分布反映着细胞的生物学性状。因此，研 究这些通道蛋白的离子电流特性极其关键。 测量离子电流时，可简单地按欧姆定律考虑：用一根灌注了导 电溶液和插入了银丝的玻璃微电极,在微操纵器的调整下,该微电极 接触细胞表面，施加一定的电压，测量通过细胞表面的电流。 但 考 虑 到 细 胞 级 别 的 单 通 道 电 流 为 pA级 别 (10-1 2 A)， 属 于 极 其微弱的电信号，对干扰极其敏感。因此，测量的主要技术难点在于 极微弱信号获取，带宽补偿，快慢电容，串联电阻补偿等方面。其 等
5、效电路图如下： 功能特点及参数 功能特点及参数 ? 用单一电极实现电压钳位和微弱电流检测 ? 实质上是一个 I-V 转换器 （I-V Converter) ? 电阻反馈与电容反馈探头 ? 电阻反馈探头的的电流_电压转换率（测量增益） 全细胞记录（Whole Cell Recording )： Rf=0.5G, Vout=IpRf=0.5mV/pA 单通道记录 （Single Channel Recording)： Rf=0.5G, Vout=IpRf=0.5mV/pA 从上面公式看，当反馈电阻 Rf=0.5G 时，测量增益(放大倍数) 为 0.5mV/pA，如果我们记录的电流很小时，我们要求的
6、反馈电阻 Rf 不仅仅是 0.5G，而是越大越好，这就要求厂家的生产工艺很高，不 是每个厂家都能达到要求！ ? 电压钳位： Vp=Vref 膜片钳放大器的组成 膜片钳放大器的组成 一、探头(Headstage) 一、探头(Headstage) 探头装配在一个小的封闭壳体中，探头可以方便地安装在微操 纵器上，它可以直接与记录微电极相接。它包括一个实现电流-电 压转换的灵敏放大器，以及向放大器注入测试信号的元件。探头前 端 是 一 根 灌 注 了 导 电 溶 液 和 插 入 了 银 丝 的 玻 璃 微 电 极 ,在 微 操 纵 器 的调整下,该微电极接触细胞表面.测量通过细胞表面的离子电流. 二、
7、主机(Mainunit) 二、主机(Mainunit) 主机中包括电源、信号 处理电路和所有的控制电路。所有的校 正调整部分均在控制器内，包括那些与探头内元件特性相关的校正 调整部分。因此，除非进行再校正，否则不同膜片钳放大器系统之 间的探头是不能互换的。 由于测量的是 pA 数量级的电流,对干扰,补偿等要求极其苛刻.因此,此类放大器主机属于特种高精密度放大器. 三、数字化接口(DigiData) 三、数字化接口(DigiData) 将 放 大 器 的 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 号 ,以 便 计 算 机 进 行 后 续 处 理 于 测量. 四、实验软件包(Software) 四、实验软件包(Software) 用于设计,实施膜片钳实验.包括虚拟的仪器面板,所有补偿均可由软件完成. 700B 1440A pClamp10 马普科学仪器有限公司马普科学仪器有限公司 广州寺右新马路 4 号长城大厦 1419 室，邮编 510600 Tel：020-87679617，87679631；Fax：020-87679635 Http:/ E-mail:
