膜片钳是哪些？
脑部中的信息是由神经元的联通号传递的。联通号由细胞膜上离子通道形成的电压造成的电流变化组成。
神经元离子通道示意图
怎么检测细胞膜上的电压和电流呢？20世纪40年代，人们将钯金丝插入硬质玻璃管拉制的玻璃微管（尖端半径大于1微米），灌入盐碱液，再刺入细胞，与微电极放大器、示波器、音响放大器等设备联接组成电路，从而在细胞内记录电压或电流。因为这些技巧的噪音较大，当时不能区分离子通道的微小电压。
细胞内记录电路示意图
1976年，美国马普生物化学研究所ErwinNeher和Bert改进了细胞内记录方法，首创膜片钳技术（patchclamp）。其核心在于“钳”住细胞“膜片”。她们发觉当玻璃微电极与几个平方微米的细胞膜封接时，轻吸微电极，导致负压，可以使封接内阻飙升两个数目级以上，将背景噪音降到极小，因而可以在10-12A的水平记录单个或几个离子通道的电压。这一技术划时代地将电生理技术提升到研究单个蛋白的分子水平，为现代生物学及医学的发展带来革命性进步，获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。
膜片钳技术关键实验步骤示意图
膜片钳的设备简介
电生理设备由四套系统构成
（1）维持细胞健康活性的支持系统：包括持续灌注细胞外液的灌流系统、为灌流液持续充混和气的气流装置，以及控温装置
（2）辅助观察细胞的光学系统：包括显微镜、光源、信号转换器及显示器
（3）稳定操控微电极的操作系统：微操纵器、氮气防震台、相对封闭的安静卧室角落
（4）热学系统：放大器、示波器、数字转换器、计算机、屏蔽电波干扰的法拉第笼等
膜片钳重要设备示意图及本实验室设备示例图
膜片钳的记录模式有什么？
膜片钳除了使热学记录稳定细胞膜片，在热学上连结牢靠，并且衍生出了多种膜片钳形式。既可以记录单个离子通道的电压，又可以记录全细胞的电压。其中，全细胞膜片钳被证明是研究体外保存的脑切块中神经元和神经元网路的集合特点的理想工具。
膜片钳技术在麻醉科刺痒联合实验室的举办
本实验室于2020年成功搭建膜片钳平台，现可稳定进行离体脑片组织的全细胞模式电生理记录。目前正在进行电生理相关的国家级课题1项，上海市课题1项。
本课题组前期在全细胞记录模式下，探究右美托咪定对大鼠脑部皮层神经元膜电位的影响。
“探讨抗生素对神经元放电频度的影响”
在突触传递方面，课题组通过全细胞记录探究右美托咪定对神经递质释放的影响。
不仅研究电生理学性质，本实验室还将膜片钳技术与共聚焦显微镜结合上去，描画不同种类神经元树、轴突的形态学特点。
综上所述，膜片钳技术是研究神经系统联通号的最直接、最有效的方式，构建起了从分子水平到神经元网路水平的桥梁。据悉，膜片钳被称为现代“光遗传学”技术的补充，由于它还能借助光控制和可视化大量神经元的活动。其实本实验室的电生理研究尚处于起步阶段，并且研究人员具备较扎实的膜片钳理论基础及精湛的操作技术，设备齐全且性能稳定。期盼膜片钳平台为本实验室麻醉及肿胀的机制研究带来新的启发和支持。
参考文献
1.《实用膜片钳技术》，刘振伟编绘
2.《神经生物学实验原理与技术》，吕国蔚李云庆主编
3.《-》,byBertandErwinNeher
4.唐佳丽等.右美托咪定对大鼠脑部中级体感皮层快放电抑制性中间神经元激动性的影响[J].中华麻醉学刊物,2020,40(06):698-702.
作者简介
汤博广州协和医大学2018级博士研究生
汤博，2018级博士研究生在读细胞膜片，师从黄宇光院士。
指导老师
唐佳丽广州协和诊所
唐佳丽，博士
广州协和诊所麻醉科入院医师
研究兴趣聚焦于四肢麻醉机理以及脑功能调控与保护，主持上海市自然科学基金青年基金项目和国家自然科学基金青年基金项目。
图文：汤博
编审：广州协和诊所麻醉科放疗室