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附录1. 推荐书目
王绍, 徐涛. 电生理学方法. 韩济生主编. 神经 科学原理. 第二版. pp55-65. 北京：北京医科 大学中国协和医科大学联合出版社，1999. 张均田主编. 现代药理学实验方法. 北京：北 京医科大学中国协和医科大学联合出版社， 1997. 陈军. 膜片钳实验技术. 北京: 科学出版社, 2001. 刘振伟. 脑片膜片钳技术及其研究概况. 张均 田主编. 神经药理学研究进展. pp137-150. 北 京：人民卫生出版社，2002.
整流（Rectification） 整流是指电流易向一个方向流动，而不易 向反方向流动。内向性整流是指正离子易从 膜外向膜内流动，而不易从膜内流向膜外。
原因：离子通道的开放导致膜电阻发生了
变化。 表现：电流和电压的关系不满足欧姆定律 的直线关系。
无整流
有整流
V=IRc
V=IRv
离子通道不开放
一、串联电阻（Series resistance, Rs）补偿 Rs是指流过电极尖端的电流所遇到的所有
电阻。
当将电极放入浴液中或在形成高阻封接时，
Rs主要是电极电阻;
全细胞记录模式形成后， Rs包括电极电阻 、
破裂膜的残余膜片电阻、细胞内部电阻。
Rs引起的误差有如下二方面： 1. 串联电阻产生电压降，严重影响膜钳制 电压的数值；
减小电流Rundown的方法： 1. 电极内充灌ATP、GTP等可减弱其发生 速率。 2. 采用穿孔式膜片钳记录方法（Perforated patch clamp），由于其只在细胞膜上用药物 形成微小孔洞而不打破细胞膜，所以细胞内 大分子成分和ATP均不会被稀释或丢失，能 够有效地抑制Rundown现象的发生。
Electrode
指金属电极，即Ag/AgCl电极。
Pipette
指拉制出的玻璃电极，它不是真正意 义上的电极，而是真正电极的依托。
命令电压（Command
voltage, Vcmp）
通过放大器或计算机发出的指令电压， 用于钳制细胞膜电位。
钳制电位（Holding
potential, Vh）
人为地将细胞膜内外的电压差固定在某 一数值，这一数值即为钳制电压或称钳制 电位。实施这一行为的技术为电压钳技术 （Voltage clamp）。
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。
减小跨壁电容的方法： 1. 加厚电极管壁：采用厚壁玻璃毛坯 拉制电极，或在电极浸液部分外部涂以硅 胶树脂等疏水性物质。
2. 减小电极浸液深度：浸液部分越大， Ct越大。 3. 补偿电路：采用膜片钳放大器内置 的电容补偿电路进行补偿。

慢电容（Slow capacitance, Cslow）与 快电容（Fast capacitance, Cfast）
膜片钳技术讲座
2006年12月
第一部分
膜片钳技术的基本概念
第二部分 离子通道的基本知识
第三部分
全细胞记录结果举例分析
第一部分
膜片钳技术的基本概念
学习内容
1. 膜片钳的发展历史
2. 膜片钳的工作原理
3. 膜片钳记录常用的设备
4. 膜片钳记录的方式及基本操作
5. 全细胞记录的步骤 6. 基本概念和参数的设置
Patch clamp 镜下观
Patch clamp 镜下观
2. 膜片钳的工作原理
3. 膜片钳记录的常用设备
1) 电极拉制器
2) 倒置相差显微镜
3) EPC-10膜片钳放大器 4) 三维微操纵仪 5) CED 1401数－模/模－数转换器 6) CED EPC 软件包
电极拉制器： 二步法拉制
1. 膜片钳的发展历史
1976年德国马普生物物理化学研究所 Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上记 录到Ach激活的单通道离子电流，从而产 生了膜片钳技术。 1980年Sigworth等获得10-100GΩ的高阻 封接（Giga-seal）。 1981年Hamill和Neher等对该技术进行了 改进，引进了全细胞记录技术。
内尔(Neher) （1944-）
萨克曼(Sakmann) （1942-）
合作发明了膜片钳技术，并应用这一技术 首次证实了细胞膜上存在离子通道。二人 共获1991年诺贝尔生理学与医学奖。
膜片钳技术（Patch clamp）
用微玻管电极接触细胞膜，以吉欧姆 （GΩ）以上的阻抗使之封接，使电极开口 处的细胞膜与其周围膜在电学上绝缘，在此 基础上固定电位，对此膜片上离子通道的电 流进行监测记录的方法。
2. 膜电位对步阶命令电压的反应时间延迟。 补偿方法：调节“%-COMP”按钮
二. 液界（接）电位及其补偿 主要成分： 1. 液体--金属：AgCl电极与电极内液；
2. 电极内液--细胞外液；
3. 电极内液--细胞内液（破膜后，等待一
定时间即可消除）。
范围：可达几百mV 补偿方法：电极入水按“Search”，“Offset”

快电容主要指电极电容； 慢电容主要指膜电容。

电容补偿的原则
在贴附式记录时，膜电容数值较小。
此时要补偿的电容主要是快电容，
即电极电容。
打破细膜形成全细胞记录模式后，
膜电容显著增大。此时主要补偿的
是慢电容，即膜电容。
四.快速电容补偿（fast capacitance compensation）
到的电流称为尾电流（Tail current）。
-40mV Vh=-100mV -70mV
2nA 5ms

电流的Rundown现象 指随着记录时间的延续，通道电流逐渐
降低的现象。许多种类细胞的钙电流都具有 Rundown现象。
Rundown现象形成的原因
全细胞记录模式形成以后，由于电极内 液与细胞内液之间的相互透析，造成细胞内 大分子物质稀释或丢失；同时，细胞内ATP 也因稀释而严重不足，而钙离子在外排时耗 能较大，从而导致Rundown现象的发生。
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
mode 或 on cell mode)
内膜向外式(Inside-out mode)
外膜向外式(Outside-out mode)
全细胞记录方式(Whole-cell
recording)
微电极的拉制
材料：硼硅酸盐毛细玻璃管
拉制方法：二步法 要求：尽可能使头颈部短些（ Rs） 拉制好的微电极涂硅酮树酯、热刨光
电极液的充灌: 无气泡 充灌玻璃电极长度的1/3
微电极的安装
记录(测量)电极和参考电极：
材料是Ag，表面镀成AgCl
减少接触电位
5. 全细胞记录
电压钳模式： 固定电压， 记录电流

内向电流（Inward current） 从细胞外进入细胞内的正离子（如Na+）电
流或从细胞内流向细胞外的负离子（如Cl-） 电流。

外向电流（Outward current）
从细胞内流向细胞外的正离子（如K+ ）电
流或从细胞外流向细胞内的负离子（如Cl-）
电流。
Electrode与pipette的区别
三. 膜片钳系统中的电容 膜电容（Membrane capacitance, Cm） 细胞膜的脂质双分子层是电的不良导体， 因而由细胞外液-脂质双分子层-细胞内液就 构成了细胞膜电容。 Cm的大小与细胞膜表面积（包括内陷折 叠部分）成正比，与脂质双分子层的厚度成 反比。

对于一个球形细胞，膜电容的计算公式为： Cm=πd2 / 100 (pF) d为细胞直径（μm）
C-FAST和τ-FAST按钮 “Fast”钮补偿快电容，主要是电极电 容。大部分的电容瞬变值可用“Fast”控 制钮进行补偿。
五.缓慢电容补偿（slow capacitative compensation） “C-Slow”钮补偿慢电容，即电极尖端与 大地之间的电容，主要是膜片电容。
在全细胞记录模式，缓慢电容补偿的值 即为该细胞的电容值。
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
第二部分
电压门控性离子通道 基本知识
•电流密度（ Current density）
单位细胞膜面积的电流大小。在进行 全细胞记录时，由于细胞直径大小的不同， 离子通道数目也不相同，因此为便于不同 细胞间的比较，采用电流密度这一概念。