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電生理學(xué)和瞬態(tài)離子流分析，包括測(cè)量，例如鈉離子通道，它使細(xì)胞膜上的神經(jīng)電壓發(fā)生變化。這些實(shí)驗(yàn)的組成部分是細(xì)胞信號(hào)傳輸。研究人員用來操縱微量移液器的關(guān)鍵但通常是微操作系統(tǒng)。

研究膜上離子流動(dòng)和由此產(chǎn)生的電勢(shì)變化的*簡(jiǎn)單方法是在膜的兩側(cè)放置電極。古老和流行的方法是在細(xì)胞、神經(jīng)元或其他研究目標(biāo)內(nèi)插入微量移液管；然后相對(duì)于位于樣品浸泡的外部緩沖液中的參比電極進(jìn)行電測(cè)量。

根據(jù)電池的類型，電流可能非常小（皮安到納安范圍）。為了克服噪聲并定量測(cè)量電流，使用專門的電路來保持兩個(gè)電極之間的設(shè)定電勢(shì)差，即箝位電壓差。這通常被選擇為零差，即暫時(shí)使膜去極化。當(dāng)膜中的離子通道對(duì)膜上電勢(shì)的外部誘導(dǎo)擾動(dòng)做出反應(yīng)時(shí)，保持這種差異所需的瞬態(tài)電流被記錄為時(shí)間的函數(shù)。

圖1. A)移液管靠近細(xì)胞壁。

B)在簡(jiǎn)單的“細(xì)胞附著”膜片鉗研究中，它被放置在一小塊膜上，并施加吸力以形成不透離子的密封。

C)在一些“由內(nèi)而外”的研究中，移液管被縮回，以“由內(nèi)向外”的配置分離一些膜。

采樣補(bǔ)丁中的通道數(shù)量可以從單個(gè)通道到數(shù)百個(gè)通道不等。

術(shù)語“膜片鉗”是指*常見的實(shí)驗(yàn)配置，其中微量移液管的孔徑用于定義測(cè)試區(qū)域或膜貼片，如圖1所示。低吸力將膜吸入孔中，形成不透離子的密封。通過使用一個(gè)非常小的微量移液管孔，可以對(duì)含有從單個(gè)離子通道蛋白（典型的移液管直徑<0.3μm）到100個(gè)離子通道的貼片或膜進(jìn)行取樣。然后，通過對(duì)貼片進(jìn)行去極化和極化，并觀察表征所研究離子通道的瞬態(tài)電流，可以進(jìn)行“細(xì)胞附著”測(cè)量。或者，可以增加吸力以破壞膜并物理移除貼片進(jìn)行隔離研究。巧妙的技巧允許從任何一方以所謂的“由內(nèi)而外”或“由外而內(nèi)”的配置進(jìn)行研究?；蛘?，貼片可以通過抽吸更突然地撕裂，這樣細(xì)胞內(nèi)容物和移液管內(nèi)部至少暫時(shí)是連續(xù)的。這允許在另一種配置中進(jìn)行“全細(xì)胞”記錄，而不是用移液管/電極插入細(xì)胞刺穿膜。

這些基本方法有許多變體，使研究人員能夠靶向細(xì)胞內(nèi)膜或測(cè)量特定的細(xì)胞內(nèi)體積。所有這些都取決于一個(gè)或多個(gè)移液管電極的jing確XYZ定位。具體而言，它們需要能夠在微米級(jí)上精que控制移液管沿其軸向移動(dòng)，并具有*小的橫向不確定性或誤差。

電生理學(xué)共同先qu安德魯·赫胥黎（Andrew Huxley）的原始實(shí)驗(yàn)是使用全機(jī)械顯微操作系統(tǒng)進(jìn)行的。這是基于撓性結(jié)構(gòu)，通過手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)精密螺距絲杠來克服金屬撓性結(jié)構(gòu)提供的阻力，從而驅(qū)動(dòng)移液管支架（通常安裝在所謂的膜片鉗放大器的前級(jí)探頭上）來控制位置。這種簡(jiǎn)單、久經(jīng)時(shí)間驗(yàn)證的機(jī)械撓性結(jié)構(gòu)將適度的分辨率與低成本相結(jié)合。一個(gè)典型的商業(yè)例子是Siskiyou的MX300系列，它利用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)100TPl螺釘和滾珠軸承平移臺(tái)，可提供<1μm的分辨率。

圖2.傳統(tǒng)的Huxley-style機(jī)械微操作器基于撓性結(jié)構(gòu)，通常包含用于手動(dòng)調(diào)節(jié)的撥盤狀旋鈕。Siskiyou的模塊化MX310L系統(tǒng)通過在組件頂部安裝低分辨率載物臺(tái)提供粗調(diào)，移液管更換由系統(tǒng)底部的旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)和剛性機(jī)械基準(zhǔn)限位裝置支持。

實(shí)驗(yàn)通常在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行，物鏡下的工作距離通常小于2mm。因此，探頭必xu在非常有限的角度范圍內(nèi)進(jìn)入樣品。為了在這些限制下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的探頭/移液管更換，完整的MX310組件包含一個(gè)低分辨率的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，該旋轉(zhuǎn)臺(tái)配備有一個(gè)剛性（可設(shè)置的）機(jī)械限位裝置。這使得探頭可以從實(shí)驗(yàn)位置轉(zhuǎn)動(dòng)出來，然后以運(yùn)動(dòng)學(xué)保真度返回。通過安裝在精密撓性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的頂部的5軸位移臺(tái)模塊，可以選擇性地提供粗調(diào)。同樣這些軸也是手動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，但使用20TPl螺釘。沿著標(biāo)準(zhǔn)移液管軸，*終jie果是20mm的粗調(diào)位移和2mm的精調(diào)位移。

圖3.在電生理學(xué)研究中，顯微鏡物鏡下的有限實(shí)驗(yàn)空間意味著微量移液管電極只能在非常窄的角度范圍內(nèi)引入。

Huxley式的撓性結(jié)構(gòu)主要針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在這些應(yīng)用中，典型的實(shí)驗(yàn)需要較低的分辨率，并且針對(duì)較大的細(xì)胞（直徑為50μm至1mm）。與其他微操作器系統(tǒng)相比，MX310具有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室所需的堅(jiān)固耐yong和低成本，盡管設(shè)計(jì)有點(diǎn)笨重。

MX310產(chǎn)品特點(diǎn)

? 經(jīng)典Huxley撓性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

? 100 TPI精密調(diào)節(jié)

? 20 TPI粗調(diào)

? 可固定直徑為3至10 mm的安裝桿

MX310性能參數(shù)

MX310參考圖紙

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