電壓鉗

電壓鉗裝置(附件1)有兩個微電極插入細(xì)胞，一個是測量膜電位的微電極Em，它通過高阻抗前級放大器(XI)檢測膜電位(Em)，并將信號輸入反饋放大器(FBA);另一電極I'與FBA輸出端相連，用作向細(xì)胞內(nèi)注入電流，F(xiàn)BA的兩個輸入端中一個接受電位Em的輸入，另一個接受指令電位(C)，當(dāng)兩者電位相等時輸出電流為零，當(dāng)兩者出現(xiàn)差異時，F(xiàn)BA經(jīng)電極I'輸出向細(xì)胞內(nèi)注入電流，該電流在膜兩側(cè)產(chǎn)生趨向于指令電位C的電位變化，如此構(gòu)成一個使膜電位始終等于指令電位C的反饋電路，此時記錄的Im就可反映膜電導(dǎo)G的變化。其實Im就是經(jīng)電極I'注入的電流，后者在電壓鉗制期間精確地對抗通道電流而使膜電流保持恒定。

電壓鉗的缺點 :電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨大細(xì)胞的全細(xì)胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點:

1、微電極需刺破細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，以致造成細(xì)胞漿流失，破壞了細(xì)胞生理功能的完整性;

2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關(guān)閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。

3、對體積小的細(xì)胞(如哺乳類中樞神經(jīng)元，直徑在10-30μm之間)進(jìn)行電壓鉗實驗，技術(shù)上有更大的困難。由于電極需插入細(xì)胞，不得不將微電極的尖端做得很細(xì)，如此細(xì)的尖端致使電極阻抗很大，常常是60~8OMΩ或120~150MΩ(取決于不同的充灌液)。這樣大的電極阻抗不利于作細(xì)胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間(0.1μs)內(nèi)向細(xì)胞內(nèi)注入電流，達(dá)到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細(xì)胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應(yīng)能力.

其設(shè)計原理是根據(jù)離子作跨膜移動時形成了跨膜離子電流(I)，而通透性即離子通過膜的難易程度，其膜電阻(R)的倒數(shù)，也就是膜電導(dǎo)(G)。因此，膜對某種離子通透性增大時，實際上時膜電阻變小，即膜對該離子的電導(dǎo)加大。根據(jù)歐姆定律V=IR，即I=V/R=VG，所以，只要固定膜兩側(cè)電位差(V)時，測出的跨膜電流(I)的變化，就可作為膜電導(dǎo)變化的度量，即可了解膜通透性的改變情況。

根據(jù)不同的實驗標(biāo)本，可采用雙微電極電壓鉗、空間鉗位或單根吸附電極電壓鉗。在雙微電極電壓鉗法中，一根胞內(nèi)電極與測定膜電位的跟隨器電路以及一個反饋電壓放大器相連接，記錄電壓及控制膜電位;另一根細(xì)胞內(nèi)電極用于向胞內(nèi)注射來自反饋放大器輸出的電流。當(dāng)紀(jì)錄電極輸出的電壓與反饋放大器標(biāo)定的鉗位電壓不相等時，反饋放大器就會通過注射電極向胞內(nèi)注入電流，直至二者相等為止。這是不再有電流注入細(xì)胞，此時通過浴槽地電極的電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器紀(jì)錄變化的膜電流。由于注入的電流正是用于減小差值信號的電流，所以這種電路是一種負(fù)反饋電路。雙微電極鉗位法適用于巨大的神經(jīng)軸突、肌肉纖維和較大的細(xì)胞等。對一些細(xì)胞的電壓鉗位，可以通過天然的細(xì)胞解剖結(jié)構(gòu)或?qū)嶒炚咦约涸O(shè)計的間隙(糖間隙、油間隙)隔膜、屏障來完成，稱之為空間鉗位，即在細(xì)胞立體空間上保持均一的膜電位。對于較小的細(xì)胞(直徑10um左右)，插入兩根胞內(nèi)電極很困難，這是可使用單根吸附電極進(jìn)行電壓鉗位。

鄙人接觸過的電壓鉗是于上海市針灸經(jīng)絡(luò)研究中心，見參考資料:

雙電極電壓鉗系統(tǒng)是一套用于巨大細(xì)胞和細(xì)胞結(jié)構(gòu)(例如烏賊軸突、爪蟾卵母細(xì)胞等)的雙電極全細(xì)胞電壓鉗記錄設(shè)備，主要用于受體和離子通道的研究。系統(tǒng)包含一臺高性能卵母細(xì)胞鉗工作站，具有8檔增益和兩通道高速探頭，可以測量通過電流、電容補償，并自動鉗制靜息膜電位。放大器具有兩種速度可選:用于篩選細(xì)胞或者無需高響應(yīng)時間的慢速模式和用于快速全細(xì)胞電流電壓前的高速模式。系統(tǒng)包含兩種電極夾持配件，其中直線型的夾持電壓電極，而45°型的夾持電流電極。夾持配件上溢出口的設(shè)計防止電極內(nèi)液壓過大損壞細(xì)胞。

這個系統(tǒng)包含的PowerLab數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)可以實時記錄各種神經(jīng)信號，單通道最高采樣速率可達(dá)200k/s.此外還配有包括記錄腔室、微操縱器、模型細(xì)胞等幾乎所有相關(guān)配件。

暫態(tài)電壓抑制器和齊納二極管相似，但它更適用于峰值電流很高的應(yīng)用場合。暫態(tài)電壓可以是單向或雙向的，額定電壓從5V到幾百伏不等。應(yīng)用于275V 交流場合的暫態(tài)電壓抑制器，即使在瞬時電流很高的情況下，也可以使其峰值浪涌電壓低于600V。

VDR 在低壓時電阻很高，高壓時電阻很低。所以兩端電壓增加時，它會逐漸導(dǎo)通。VDR可以吸收很高的浪涌能量，這種器件一般以焦耳而不是瓦特來定額，因為浪涌能量一般是瞬間的。在瞬時電流很高的情況下，交流額定電壓為 275V的VDR將會擊穿，可以將電壓限制在 710V左右。