电生理学

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A guide to Electrophysiology and Biophysics Laboratory Techniques

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Electrophysiology Lab Setup: Patch Clamp Rig

电生理学是神经科学和心脏生理学中用于评价离子通道的基础学科之一。膜片钳技术是一种用于了解离子通道行为的通用型电生理学工具。

Patch clamping has a broad range of applications in both basic research and drug discovery and development however, the complexities of the method can seem intimidating. To help researchers get up-to-speed, we’ve created this brief introduction to an electrophysiological lab patch clamp equipment setup.

 

Patch Clamp rig

膜片钳设备

 

这是什么? The amplifier contains the circuitry required to measure electrical currents passing through ion channels or changes in cell membrane potential.

应用于何方向? Amplifiers measure changes in current or voltage.

放大器中包含用于测量通过细胞膜的电流幅度和方向所需的电路。放大器还可测量因应电流运动的细胞膜电位。放大信号的理想位置是在记录仪器内。所有 Axon™ 放大器型号均采用以可变增益控制输出的策略,从而低噪放大移液器电流或膜电位。将放大置于记录仪器内,尽可能减少了低水平信号和放大电路之间的电路,减少了外部噪音源。

Available amplifiers: Axopatch™ 200B, MultiClamp™ 700B, Axoclamp™ 900A

这是什么? The digitizer is a data acquisition instrument that converts analog signals into digital signals.

应用于何方向? Digitizers capture data for analysis.

放大器采集的电流是一种模拟信号,但为了执行高分辨率膜片钳测量所需的数据分析,必须将模拟信号转变为数字信号。将数模转换器置于放大器和计算机之间,可完成这一重要工作。计算机接收的信号质量非常重要,它由采样频率,或采样速度决定。最新一代的 Digidata® 数模转换器能在 500kHz 下采样,且配有 HumSilencer™ 功能,它可消除 50/60Hz 的线频噪声。

Available amplifiers: 配有HumSilencer的Digidata 1550B 低噪数据采集系统

这是什么? Patch clamp data and acquisition and analysis software is your interface with the amplifier, digitizer, and any other patch-clamp electronics.

应用于何方向? 用以执行数据采集和数据分析,以及控制数模转换器和放大器。

虽然放大器和数模转换器共同占用用来进行膜片钳实验的关键电路,但软件控制这些仪器,以便其提供所需的电位并测量生成的电流或电压。In addition, the software analyses the acquired signal with user-defined settings, which can include filtering, normalization, noise removal, curve fitting, and parameter determination.

Available amplifiers: pCLAMP™11 软件

这是什么? 设备内置有反馈控制电路,试验中固定记录微电极, 并将电信号从微电极传送到放大器。

应用于何方向? 传输微电极采集的电信号到放大器系统中以进行信号处理。

专门针对放大器调节了每个前置放大器。所有前置放大器均含能降低噪音的关键电路。探头还受显微操作器的机械控制。

可用的探头:Axon 探头

这是什么? 显微镜是一种光学放大工具。显微操作系统是一种用纳米精度机械来操控微电极的仪器, 通常可在三个方向移动。

应用于何方向? 准确、稳定地将微电极移动到细胞膜位置, 这是成功记录的关键。

Accurately placing a patch electrode onto a 10-20 µm cell requires an optical system that can magnify up to 300- or 400- fold with contrast enhancement (e.g. Nomarski/DIC, Phase, or Hoffman) and a micromanipulator that stably positions the electrode in 3D space. 最好使用倒置显微镜,因为它可以更方便地从制备样品的上方接触到电极,还提供一个更大、更稳固的平台来固定显微操作器。显微操作器能将电极沿 X、Y 和 Z 轴进行非常细微的移动然后,显微操作器可无限期地保持在该位置。

这是什么? 放置在膜片钳装置周围的实验台和屏蔽笼, 以隔离干扰源。

应用于何方向? 为您的装置屏蔽外部干扰。

在膜片钳实验过程中,测量的电流可以非常小(在微微安培范围内),任何微小的干扰源,比如无线电波,都可以扭曲或模糊这些信号。法拉第笼是一个罩在您的显微镜和记录室周围的金属丝网罩;有助于防止电极获取外部噪音源。此外,微微米级的小幅振动源也可干扰您的记录。因此,在整个实验期间,所有部件必须准确放置,使用空气和防振台将您的装置与可能干扰此平衡的外部振动源分离开。

网络研讨会

Save your time on data analysis with new Batch Analysis feature in Axon pCLAMP 11 Software

演讲嘉宾:Jeffrey Tang, Ph.D.

Senior Global Axon Electrophysiology Application Scientist

2020 年 3 月 24 日星期二

10:00 AM PDT / 1:00 PM EDT

Join our webinar and learn how to use the Clampfit software module to manipulate and analyze electrophysiological data acquired by Axon pCLAMP™ 11 Software. The software’s advanced Batch Analysis macros eliminate the need to define parameters for every set, streamlining data analysis. Dr. Jeffrey Tang will provide an overview of the new Batch Analysis features, demonstrate the use of macros, analyze batch data, and plot graphs.

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Patch Clamping Technology

The Axon™ instrument portfolio provides a comprehensive solution for patch-clamping that includes amplifiers, digitizer, software, and accessories. Our best-in-class instruments facilitate the entire range of patch-clamp electrophysiology techniques from the smallest single-channel to the largest macroscopic recordings. 

The Axon pCLAMP™ 11 Software Suite is the most widely used electrophysiology data acquisition and analysis program for control and recording of voltage-clamp, current-clamp, and patch-clamp experiments. Several key features listed below help streamline workflow, allowing you to do more sophisticated experiments, execute them more effciently and generate higher quality data.

 

  • 自动事件检测

    Clampfit 自动事件检测

    Clampfit 高级分析模块是 pCLAMP 11 软件套件的一部分,它具有灵活的事件检测引擎,其可分析自发和诱发的动作电位和突触后数据。通过越限检测或模式匹配模板搜索来检测事件。模板搜索会分析自发事件,例如微型突触 EPSP 和 IPSP。此外,可同时检测到多个事件类别的事件。Clampfit 11 软件的集成环境将数据中检测到的事件关联至电子数据表和图像窗口,以实现对整个数据集的快速环境评估。

    批次数据分析宏

    批次数据分析宏

    Clampfit 高阶分析模块是 pCLAMP 11 软件套件的一部分,它包含可利用宏来加速数据分析的批量数据分析工具。批量分析通过分析由同一方案生成的大量数据来节省时间。要使用批量分析,仅需开启宏捕获功能、分析数据并保存宏。当需要分析其他数据时,仅需应用已保存的宏即可对数据进行自动分析。

  • 群峰电位搜索工具

    群峰电位记录和成对脉冲实验虽然易于采集,但历来难以分析。使用 pCLAMP 11 软件中的 Clampfit 高级分析模块,将不会再出现这种情况。群峰电位搜索工具将根据用户定义的参数来自动定位群峰电位,并计算振幅、曲线下面积、半宽、上升时间、衰减时间、上升斜率、衰减斜率和群峰电位的海岸线以及成对脉冲。

    HumSilencer 技术

    HumSilencer 技术

    50/60Hz 线频噪音也称为电子干扰,是膜片钳电生理学实验中常见的本底噪音源。该噪音会覆盖目标生物信号,导致几乎无法进行灵敏的膜片钳测量。传统的故障排除通常只是部分有效,而且会降低数据准确度。HumSilencer 是一种无滤波器的自适应技术,可在不使用会降低数据准确度的方法(如滤波器,它会使生物信号失真)的情况下识别并消除线频噪音。

    了解更多  

  • 动作电位搜索

    针对细胞事件的膜片钳动作电位搜索

    动作电位体现重要的细胞事件。没有动作电位,心脏就不会搏动,神经元也不会放电,因此对这些事件的测定必不可少。Clampfit 11 高级模块中的动作电位搜索工具能检测到数据文件中的所有动作电位。它应用用户定义和编程控制的指标,包括振幅、AP 持续时间、上升和衰减时间、上升和衰减斜率、峰间频率和时间、每个峰的振幅、后电位振幅和持续时间,以及阈电位。

    Axon 指南

    Axon 指南

    A guide to Electrophysiology and Biophysics Laboratory Techniques. The purpose of this guide is to serve as an information and data resource for electrophysiologists. It covers a broad scope of topics ranging from the biological basis of bioelectricity and a description of the basic experimental setup to a discussion of mechanisms of noise and data analysis.

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电生理学的资源

视频和演示

pCLAMP 11 中的群峰电位分析

pCLAMP 11 中的群峰电位分析

Molecular Devices 批量数据分析宏

批次数据分析宏

在 Clampfit 模块中进行动作电位分析

在 Clampfit 模块中进行动作电位分析

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