什么是電生理學(xué)？

電生理學(xué)是研究通過某細(xì)胞膜的電流或電壓變化的研究領(lǐng)域。

電生理學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)和生理學(xué)應(yīng)用中，從了解某細(xì)胞膜中的單個(gè)離子通道行為到某細(xì)胞中膜電位的全細(xì)胞變化，再到體外腦片或體內(nèi)大腦區(qū)域內(nèi)場(chǎng)電位的較大范圍變化。

膜片鉗（使用廣泛的電生理學(xué)技術(shù)之一）是研究離子通道活動(dòng)的工具。離子通道由于其在很多神經(jīng)和心血管疾病中發(fā)揮的關(guān)鍵作用及生理機(jī)能，而成為研究人員的主要靶標(biāo)。

胞外場(chǎng)電位記錄技術(shù)可用于研究某個(gè)神經(jīng)元群體的突觸活動(dòng)，且可有助于我們了解信息是如何在大腦中進(jìn)行處理的。

電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室

各電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置都不盡相同，這反映了實(shí)驗(yàn)的要求或?qū)嶒?yàn)員的喜好。在此，我們描述了專用于測(cè)定細(xì)胞中電活動(dòng)的所有設(shè)置的常用組件和注意事項(xiàng)。電生理學(xué)設(shè)置有四個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)室要求：

下圖顯示了標(biāo)準(zhǔn)的電生理學(xué)裝備設(shè)置 – 桌子和籠子用于保護(hù)您的設(shè)置免受外部干擾；帶有顯微操作器的顯微鏡用于穩(wěn)定定位微電極；放大器用于收集并放大所采集的信號(hào)；數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；以及數(shù)據(jù)采集和分析軟件用于設(shè)置實(shí)驗(yàn)步驟并從所收集的數(shù)據(jù)中提取有意義且可操作的結(jié)果。

電生理學(xué)解決方案：Axon 設(shè)備

Axon? 儀器系列可提供用于膜片鉗的全面解決方案，包括放大器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、軟件和附件。從較小的單通道到較大的宏觀記錄，我們出色的儀器都能促進(jìn)全系列的膜片鉗電生理學(xué)技術(shù)。

Axon pCLAMP? 11 軟件套件是使用廣泛的電生理學(xué)數(shù)據(jù)采集和分析程序，可用于電壓鉗、電流鉗以及膜片鉗實(shí)驗(yàn)的控制和記錄。以下列出的幾個(gè)關(guān)鍵功能有助于簡(jiǎn)化工作流程，從而讓您能夠進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)、更有效地執(zhí)行這些實(shí)驗(yàn)并生成更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

放大器

什么是膜片鉗放大器？ 這是一臺(tái)用于測(cè)量通過離子通道的電流或細(xì)胞膜電位變化的儀器設(shè)備。

應(yīng)用于何方向？ 用于測(cè)量電流或電壓變化。放大器中包含用于測(cè)量通過細(xì)胞膜的電流幅度和方向所需的電路。

放大器還可測(cè)量由電流運(yùn)動(dòng)引起的細(xì)胞膜電位變化。為了啟動(dòng)電流運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)者可以向細(xì)胞發(fā)出一個(gè)電壓指令，該細(xì)胞會(huì)讓維持該電壓指令所需的電流通過以進(jìn)行回應(yīng)。反之，實(shí)驗(yàn)者還可以注入電流，然后測(cè)量電流變化導(dǎo)致的膜電位變化。選擇在何處放大和過濾所關(guān)注的信號(hào)關(guān)系到信號(hào)保真度。放大信號(hào)的理想位置是在記錄儀器內(nèi)。所有 Axon? 放大器型號(hào)均采用以可變?cè)鲆婵刂戚敵龅牟呗裕瑥亩驮敕糯箅姌O電流或膜電位。將信號(hào)放大模塊置于記錄儀器內(nèi)，盡可能減少了低水平信號(hào)和放大電路之間的電路數(shù)量，減少了外部噪音源。

可用的放大器：Axopatch? 200B、MultiClamp? 700B、Axoclamp? 900A

數(shù)模轉(zhuǎn)換器

這是什么？ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一種將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)采集儀器。

應(yīng)用于何方向？ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器可捕獲數(shù)據(jù)用于分析。

放大器采集的電流是一種模擬信號(hào)，但為了執(zhí)行高分辨率膜片鉗測(cè)量所需的數(shù)據(jù)分析，必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。將數(shù)模轉(zhuǎn)換器置于放大器和計(jì)算機(jī)之間，可完成這一重要工作。計(jì)算機(jī)接收的信號(hào)質(zhì)量非常重要，它由采樣頻率，或采樣速度決定。全新一代的 Digidata? 數(shù)模轉(zhuǎn)換器能在 500kHz 下采樣，且配有 HumSilencer? 功能，它可消除 50/60Hz 的線頻噪聲。

可用的放大器：配有 HumSilencer 的 Digidata 1550B 低噪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

軟件

這是什么？ 膜片鉗數(shù)據(jù)采集和分析軟件是您與放大器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器和任何其他膜片鉗電子設(shè)備的接口。

應(yīng)用于何方向？ 用以執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，以及控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器和放大器。

雖然放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器共同占用用來進(jìn)行膜片鉗實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵電路，但軟件控制這些儀器，以便其提供所需的電位并測(cè)量生成的電流或電壓。此外，該軟件能夠以用戶定義的設(shè)置來分析所采集的信號(hào)，這些設(shè)置包括濾波、標(biāo)準(zhǔn)化、噪音消除、曲線擬合及參數(shù)確定。

可用的放大器：pCLAMP? 11軟件

探頭

這是什么？ 設(shè)備內(nèi)置有反饋控制電路，試驗(yàn)中固定記錄微電極， 并將電信號(hào)從微電極傳送到放大器。

應(yīng)用于何方向？ 傳輸微電極采集的電信號(hào)到放大器系統(tǒng)中以進(jìn)行信號(hào)處理。

專門針對(duì)放大器調(diào)節(jié)了每個(gè)前置放大器。所有前置放大器均含能降低噪音的關(guān)鍵電路。探頭還受顯微操作器的機(jī)械控制。

可用的探頭：Axon 探頭

配有顯微操作系統(tǒng)的顯微鏡

這是什么？ 顯微鏡是一種光學(xué)放大工具。顯微操作系統(tǒng)是一種用納米精度機(jī)械來操控微電極的儀器， 通?？稍谌齻€(gè)方向移動(dòng)。

應(yīng)用于何方向？ 準(zhǔn)確、穩(wěn)定地將微電極移動(dòng)到細(xì)胞膜位置， 這是成功記錄的關(guān)鍵。

將膜片電極準(zhǔn)確地放到 10-20μm 的細(xì)胞上，需要一個(gè)能放大到 300 或 400 倍且具備對(duì)比增強(qiáng)的光學(xué)系統(tǒng)（如：Nomarski/DIC、Phase 或 Hoffman）以及一個(gè)能夠在 3D 空間穩(wěn)定放置電極的顯微操作器。最好使用倒置顯微鏡，因?yàn)樗梢愿奖愕貜闹苽錁悠返纳戏浇佑|到電極，還提供一個(gè)更大、更穩(wěn)固的平臺(tái)來固定顯微操作器。顯微操作器能將電極沿 X、Y 和 Z 軸進(jìn)行非常細(xì)微的移動(dòng)然后，顯微操作器可無限期地保持在該位置。

法拉第籠和 AIR/ANTI-V

這是什么？ 放置在膜片鉗裝置周圍的實(shí)驗(yàn)臺(tái)和屏蔽籠， 以隔離干擾源。

應(yīng)用于何方向？ 為您的裝置屏蔽外部干擾。

在膜片鉗實(shí)驗(yàn)過程中，測(cè)量的電流可以非常?。ㄔ谖⑽才喾秶鷥?nèi)），任何微小的干擾源，比如無線電波，都可以扭曲或模糊這些信號(hào)。法拉第籠是一個(gè)罩在您的顯微鏡和記錄室周圍的金屬絲網(wǎng)罩；有助于防止電極獲取外部噪音源。此外，微微米級(jí)的小幅振動(dòng)源也可干擾您的記錄。因此，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，所有部件必須準(zhǔn)確放置，使用空氣和防振臺(tái)將您的裝置與可能干擾此平衡的外部振動(dòng)源分離開。

電生理學(xué)概述

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