电生理学

卓越的 Axon Guide:

电生理学和生物物理实验室技术指南

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什么是电生理学?

电生理学是研究通过某细胞膜的电流或电压变化的研究领域。

电生理学技术广泛应用于各种神经系统科学和生理学应用中,从了解某细胞膜中的单个离子通道行为到某细胞中膜电位的全细胞变化,再到体外脑片或体内大脑区域内场电位的较大范围变化。

膜片钳(使用广泛的电生理学技术之一)是研究离子通道活动的工具。离子通道由于其在很多神经和心血管疾病中发挥的关键作用及生理机能,而成为研究人员的主要靶标。

胞外场电位记录技术可用于研究某个神经元群体的突触活动,且可有助于我们了解信息是如何在大脑中进行处理的。

电生理学实验室

各电生理学实验室的设置都不尽相同,这反映了实验的要求或实验员的喜好。在此,我们描述了专用于测定细胞中电活动的所有设置的常用组件和注意事项。电生理学设置有四个主要的实验室要求:

  1. 环境 — 保持实验准备环节的环境安全;
  2. 光学 — 实验准备过程可视化;
  3. 机械 — 稳定定位微电极;
  4. 电子学 — 放大并记录信号的一种方法。

下图显示了标准的电生理学装备设置 – 桌子和笼子用于保护您的设置免受外部干扰;带有显微操作器的显微镜用于稳定定位微电极;放大器用于收集并放大所采集的信号;数字转换器用于将模拟信号转换为数字信号;以及数据采集和分析软件用于设置实验步骤并从所收集的数据中提取有意义且可操作的结果。

膜片钳设备

电生理学解决方案:Axon 设备

Axon™ 仪器系列可提供用于膜片钳的全面解决方案,包括放大器、数字转换器、软件和附件。从较小的单通道到较大的宏观记录,我们出色的仪器都能促进全系列的膜片钳电生理学技术

Axon pCLAMP™ 11 软件套件是使用广泛的电生理学数据采集和分析程序,可用于电压钳、电流钳以及膜片钳实验的控制和记录。以下列出的几个关键功能有助于简化工作流程,从而让您能够进行更复杂的实验、更有效地执行这些实验并生成更高质量的数据。

放大器

什么是膜片钳放大器? 这是一台用于测量通过离子通道的电流或细胞膜电位变化的仪器设备。

应用于何方向? 用于测量电流或电压变化。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。

放大器还可测量由电流运动引起的细胞膜电位变化。为了启动电流运动,实验者可以向细胞发出一个电压指令,该细胞会让维持该电压指令所需的电流通过以进行回应。反之,实验者还可以注入电流,然后测量电流变化导致的膜电位变化。选择在何处放大和过滤所关注的信号关系到信号保真度。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,从而低噪放大电极电流或膜电位。将信号放大模块置于记录仪器内,尽可能减少了低水平信号和放大电路之间的电路数量,减少了外部噪音源。

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

数模转换器

这是什么? 数字转换器是一种将模拟信号转换为数字信号的数据采集仪器。

应用于何方向? 数字转换器可捕获数据用于分析。

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。全新一代的 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。

可用的放大器:配有 HumSilencer 的 Digidata 1550B 低噪数据采集系统

软件

这是什么? 膜片钳数据采集和分析软件是您与放大器、数字转换器和任何其他膜片钳电子设备的接口。

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。此外,该软件能够以用户定义的设置来分析所采集的信号,这些设置包括滤波、标准化、噪音消除、曲线拟合及参数确定。

可用的放大器:pCLAMP™ 11软件

探头

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

配有显微操作系统的显微镜

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。

将膜片电极准确地放到 10-20μm 的细胞上,需要一个能放大到 300 或 400 倍且具备对比增强的光学系统(如:Nomarski/DIC、Phase 或 Hoffman)以及一个能够在 3D 空间稳定放置电极的显微操作器。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。

法拉第笼和 AIR/ANTI-V

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。

按需进行的网络研讨会

使用 Axon pCLAMP 11 软件中的新批量分析功能来节省您的数据分析时间

演讲嘉宾:Jeffrey Tang,博士

高级全球 Axon 电生理学应用科学家

Jeffrey Tang
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报名参加我们按需进行的网络研讨会并了解如何使用 Clampfit 软件模块来操作和分析通过 Axon pCLAMP™ 11 软件采集的电生理学数据。该软件的先进批量分析宏命令无需针对每个集定义参数,从而简化了数据分析。Jeffrey Tang 博士将提供新批量分析功能的概述、演示宏命令的使用、分析批量数据并绘制图表。

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