离子通道结构研究∶目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的 膜片钳技术是一种细胞内记录技术，是研究离子通道活动的蕞佳工具，也是应用蕞很广的电生理技术之一。该技术通过施加负压将微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）的前列与细胞膜紧密接触，形成GΩ以上的阻抗，使电极开口处的细胞膜与其周围膜在电学上绝缘。被孤立的小膜片面积为μm量级，内中只有少数离子通道。玻璃微电极中含有一根浸入电解溶液中的导线，用于传导离子。在此基础上对该膜片施行电压钳位（即保持跨膜电压恒定），如果单个离子通道被包含在膜片内，则可对此膜片上的离子通道的电流进行监测记录。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化，可直接得到各种离子通道开放的电流幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来，以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对小细胞的电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。日本多通道膜片钳单细胞离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。 电压钳技术，是20世纪初由Cole发明，Hodgkin和Huxley完善，其设计的主要目的是为了证明动作电位的产生机制，即动作电位的峰电位是由于膜对钠的通透性发生了一过性的增大过程。但当时没有直接测定膜通透性的方法，于是就用膜对某种离子的电导来**该种离子的通透性，膜电导测定的依据是电学中的欧姆定律，如膜的Na电导GNa与电化学驱动力（Em-ENa）和膜电流INa的关系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通过测量膜电流，再利用欧姆定律来计算膜电导，但是，利用膜电流来计算膜电导时，记录膜电流期间的膜电位必须保持不变，否则膜电流的变化就不能**膜电导的变化。这一条件是利用电压钳技术实现的。下张幻灯中的右边两张图是Hodgkin和Huxley在半个世纪以前利用电压钳记录的抢乌贼的动作电位和动作电位过程中的膜电流的变化图，他们的实验***证明参与动作电位的离子流由Na，k，漏（Cl）三种成分组成。并对这些离子流进行了定量分析。这一技术对阐明动作电位的本质和离子通道的的研究做出了极大的贡献。 电压钳的缺点:目前电压钳技术主要用于研究巨火细胞的全细胞电流，特别是在分子克隆卵母细胞表达电流的鉴定中，发挥着不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱点:1。微电极需要刺穿细胞膜进入细胞，导致细胞质丢失，破坏细胞生理功能的完整性；2、不能确定单通道电流。由于电压钳位薄膜面积大，包含大量随机开关的通道，背景噪声大，往往会掩盖单通道的电流。3.在小细胞(如直径10-30μm的哺乳动物细胞)上进行电压钳实验，技术难度更大。因为电极需要插入到细胞中，所以微电极的前端必须做得非常薄。如此薄的前端导致电极阻抗较大，往往为60~-80mω或120~150MΩ(视灌注液不同而定)。如此大的电极阻抗，不利于用细胞内电流钳或电压钳记录时，短时间(0.1μs)内将电流注入细胞，从而达到钳制膜电压或膜电流的目的。此外，插在小电池上的两个电极会产生电容并降低电压测量电极的反应能力。由于电极前列与细胞膜的高阻封接，在电极前列笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离。 高阻密封技术还***降低了电流记录的背景噪声，从而大幅提高了时间、空间和电流分辨率，如10μs的时间分辨率、1平方微米的空间分辨率和10-12年的电流分辨率。影响电流记录分辨率的背景噪声不仅来自膜片钳放大器本身，还来自信号源的热噪声。信号源就像一个简单的电阻，其热噪声为σn=4Kt△f/R其中σn为电流均方差的平方根，k为玻尔兹曼常数，t为温度，△f为测量带宽，R为电阻值。可以看出，为了获得低噪声电流记录，信号源的内阻必须非常高。如果在1kHz带宽、10%精度的条件下记录1pA的电流，信号源的内阻应该大于2gω。电压钳技术只能测量内阻为100kω~50mω的大电池的电流，常规技术和制备无法达到所需的分辨率。膜片钳技术原理膜片钳技术是用玻璃微电极接触细胞，形成吉欧姆（GΩ）阻抗。日本多通道膜片钳单细胞 屯流钳素向细胞内注入刺激电流，记录膜电位对刺激电流的反应。美国单通道膜片钳系统 膜片钳技术是一种细胞内记录技术，是研究离子通道活动的蕞佳工具，也是应用蕞广的电生理技术之一。该技术通过施加负压将微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）的前端与细胞膜紧密接触，形成GΩ以上的阻抗，使电极开口处的细胞膜与其周围膜在电学上绝缘。被孤立的小膜片面积为μm量级，内中只有少数离子通道。玻璃微电极中含有一根浸入电解溶液中的导线，用于传导离子。在此基础上对该膜片施行电压钳位（即保持跨膜电压恒定），如果单个离子通道被包含在膜片内，则可对此膜片上的离子通道的电流进行监测记录。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化，可直接得到各种离子通道开放的电流幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来，以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对小细胞的电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。美国单通道膜片钳系统
