膜片钳技术及其应用PDF电子书下载

1 细胞电生理与膜片钳技术 1

1.1 细胞的结构 1

1.2 细胞膜的化学组成 2

1.3 生物电信号的离子机制 2

1.3.1 细胞膜上的离子转运 3

1.3.2 细胞膜的静息电位和动作电位 6

1.4 生物电信号测量基础 9

1.4.1 电路中的几个基本定律 10

1.4.2 可兴奋细胞膜及其离子通道的等效电路 12

1.4.3 生物电信号测量中对仪器的要求 15

1.4.4 微电极与导电溶液 15

1.5 电生理实验中的基本方法 17

1.5.1 双电极电压钳技术 17

1.5.2 膜片钳技术 18

1.5.3 利用膜片钳技术记录离子通道电流 20

1.6 重要概念小结 20

2 膜片钳系统的组建及实验技术概要 22

2.1 细胞膜离子通道的分类和通道电流的记录模式 22

2.1.1 细胞膜离子通道的分类 22

2.1.2 通道电流的记录模式 23

2.2 膜片钳实验系统的组建 25

2.2.1 机械部件 25

2.2.2 光学部件 27

2.2.3 电子部件 27

2.2.4 微操纵器 29

2.3 系统接地 29

2.4.2 玻璃微电极拉制仪及拉制工艺 30

2.4 玻璃微电极控制工艺及设备 30

2.4.1 玻璃毛坯管 30

2.4.3 电极熔锻仪和优化处理 31

2.4.4 电极充灌 31

2.4.5 电极夹持器 32

2.4.6 浴池电极 32

2.5 实验技术概要 33

2.5.1 膜片钳的工作模式 33

2.5.2 实验前的准备工作 34

2.5.3 实验步骤 35

2.5.4 注意事项 37

2.6 重要概念小结 39

3.1.1 膜片钳的定义 40

3.1.2 膜片钳放大器 40

3.1 膜片钳放大器原理 40

3 膜片钳放大器原理与设计 40

3.1.3 前置放大电路的两种方案 41

3.2 I-V变换器的背景噪声 43

3.2.1 反馈电阻的噪声 43

3.2.2 放大电路中的噪声 44

3.3 低噪声放大器设计举例 46

3.4 频率响应和带宽扩展 47

3.5 动态误差及其补偿技术 49

3.5.1 快电容暂态失真及其补偿 49

3.5.2 慢电容暂态失真及其补偿 50

3.5.3 串联电阻引起的钳位误差及其补偿 52

3.5.4 阻容补偿电路举例 55

3.6 0PC-IB型膜片钳放大器设计 56

3.7 计算机控制的膜片钳放大器简介 58

3.8 重要概念小结 60

4 单通道电流记录技术 62

4.1 细胞贴附式记录模式 62

4.1.1 高阻封接 62

4.1.2 保证高阻封接的条件 63

4.1.3 单通道电流记录举例 64

4.2 离体膜片的单通道电流记录 64

4.2.1 膜内朝外式 65

4.2.2 膜外朝外式 65

4.3 离子通道的辨识 66

4.4.1 电压门控制型单一离子电流 67

4.4 单一离子电流的记录数据 67

4.4.2 配体门控通道的单一离子电流 69

4.5 重要概念小结 69

5 全细胞记录技术 71

5.1 基本实验步骤 71

5.2 全细胞记录模式的电学分析法 72

5.2.1 电路模型及阻容参数补偿 72

5.2.2 噪声分析 73

5.2.3 复杂细胞的电路模型 73

5.3 全细胞记录模式的化学分析法 76

5.3.1 电极与细胞之间的扩散建模 76

5.3.2 两段模型的解 76

5.3.3 全细胞记录模式中的电极充灌 78

5.3.4 穿孔膜片钳技术 78

5.3.5 有效膜电位的变化——液结电位及其校正 81

5.4 全细胞记录技术的应用 82

5.5 重要概念小结 82

6 数据采集与分析 83

6.1 数据采集硬件系统 83

6.1.1 基本概念和术语 83

6.1.2 计算机系统 84

6.1.3 数据采集器 86

6.2 电生理学研究用软件 88

6.2.1 操作系统 88

6.2.2 电生理实验专用软件 89

6.3 数据分析 89

6.3.1 模拟信号预处理和数据采集参数的选择 89

6.3.2 单通道电流信号分析 90

6.4 重要概念小结 99

7 细胞分泌活动的膜电容监测技术 101

7.1 全细胞记录模式的电路模型 102

7.2 膜电容监测的时域法 103

7.3 膜电容监测的频域法 104

7.3.1 正弦加值流技术 104

7.3.2 分段线性技术 106

7.3.3 膜电容监测的虚拟仪器系统 109

7.4 膜电容监测实例 113

7.5 膜电容监测中应当注意的几个实际问题 114

7.5.1 选择一个合适的基础技术 114

7.5.2 膜电容测量的误差及其改进措施 115

7.6 重要概念小结 116

8.1.1 细胞分泌物质的氧化还原过程 117

8.1 安培测量技术原理 117

8 细胞分泌活动的安培测量技术 117

8.1.2 安培测量技术原理 118

8.1.3 定量电化学 119

8.2 测量仪器与设备 120

8.2.1 碳纤维电极 120

8.2.2 放大器及测量系统 122

8.3 实验数据示例 123

8.4 安培测量与膜电容监测的联合运用 126

8.4.1 记录模式 126

8.4.2 记录数据 126

8.4.3 结论与展望 128

8.5 重要概念小结 128

9.1 细胞内钙离子浓度的自稳平衡 130

9 细胞内钙离子浓度的测量及钙库特性 130

9.2 钙离子荧光染料的激发和发射光谱 133

9.2.1 荧光 133

9.2.2 激光光谱和发射光谱 133

9.3 细胞内钙离子浓度的测量 136

9.3.1 测量方法与钙离子浓度的计算 136

9.3.2 测量仪器与系统 136

9.3.3 测量结果举例 138

9.4 细胞内的钙库特性及钙诱发的钙释放 143

9.4.1 钙库特性 144

9.4.2 钙离子诱发的钙释放 145

9.5 锁定化合物的闪光分解 147

9.5.1 光照作用与光化学反应 147

9.5.3 锁定化合物光解的应用举例 149

9.5.2 锁定化合物的结构和特性 149

9.6 重要概念小结 150

10 脑切片膜片钳技术 152

10.1 脑切片 152

10.1.1 脑切片的制备与维护 152

10.1.2 从脑组织的不同部位制备切片 153

10.1.3 动物的品种和年龄 153

10.2 脑切片膜片钳记录技术 154

10.2.1 仪器设备 154

10.2.2 电极内液和外液的配制 155

10.2.3 切片上神经元和神经蚀质细胞的辨识 156

10.2.4 记录前的准备工作 156

10.2.5 几种前的准备工作 159

10.3.1 常规成像技术 161

10.3 脑切片膜片钳技术与其他方法的结合 161

10.3.2 共聚集成像技术 165

10.3.3 多光子成像 167

10.4 重要概念小结 170

11 心室肌细胞的药理特性 171

11.1 异唾淋类生物碱及其心血管电生理简介 171

11.2 心室肌细胞电压门控离子通道 172

11.2.1 心室肌细胞电压门控钾通道 172

11.2.2 心室肌细胞电压门控钙通道 173

11.3 心肌动作电位 174

11.4 琢鼠心室肌细胞的电生理特性 176

11.4.1 琢鼠心室肌的全细胞记录 176

11.4.2 琢鼠心室肌细胞的单通道记录 177

11.5.1 粉防已碱对心肌Ca2＋通道的影响 178

11.5 琢鼠心室肌细胞的药理特性 178

11.5.2 莲心碱对心肌钙通道的影响 181

11.6 重要概念小结 183

12 研究植物细胞离子通道特性的方法 185

12.1 植物为什么需要离子通道 186

12.1.1 溶质转运 186

12.1.2 非通道性的溶质转运 190

12.1.3 转运溶剂的水通道 190

12.2 植物细胞膜的制备 190

12.2.1 质膜 190

12.2.2 内膜 193

12.3 植物膜的膜片钳记录模式 196

12.4 重要概念小结 197

A.1.1 扩散运动的费克（Fick）定律 198

A.1.2 漂移运动的欧姆定律 198

附录A 细胞膜离子运动的物理描述和数学描述 198

A.1 支配离子运动的物理定律 198

A.1.3 扩散与迁移之间的爱因斯坦关系 199

A.1.4 空间电荷呈中性（电荷分离原理） 199

A.2 离子运动的数学描述 199

A.2.1 能斯特-普朗克方程 199

A.2.2 能斯特方程 200

A.2.3 哥德门-霍奇金-卡兹（GHK）模型 201

附录B 基本电学和电子电路 203

B.1 电学和电气测量的术语 203

B.2 电路中若干电学量的定义和单位 206

B.3.1 理想放大器 213

B.3 放大器 213

B.3.2 电压放大器 214

B.3.3 互阻放大器 214

B.3.4 电压跟随器 215

附录C 细胞电生理学中的光学方法 216

C.1 若干定义和术语 216

C.2 显微镜 218

C.2.1 复合型显微镜 219

C.2.2 物镜 220

C.3 光成像方法 221

D.1.1 分离与培养用液 222

D.1.2 细胞分离与培养 222

D.1 肾上腺嗜铬细胞 222

附录D 细胞培养技术与实验用液 222

D.1.3 实验用液 223

D.2 胰腺月细胞 223

D.2.1 试剂及分离、培养用液 223

D.2.2 胰岛的分离 223

D.2.3 单细胞的分离和培养 224

D.2.4 实验用试剂和溶液 224

D.3 心室肌细胞 225

D.3.1 溶液成分 225

D.3.2 细胞分离 225

参考文献 226

符号、单位和物理常数表 239

作者简介 241

英文简明目录 242

索引(汉英对照) 243