电压钳

电压钳装置(附件1)有两个微电极插入细胞，一个是测量膜电位的微电极Em，它通过高阻抗前级放大器(XI)检测膜电位(Em)，并将信号输入反馈放大器(FBA);另一电极I'与FBA输出端相连，用作向细胞内注入电流，FBA的两个输入端中一个接受电位Em的输入，另一个接受指令电位(C)，当两者电位相等时输出电流为零，当两者出现差异时，FBA经电极I'输出向细胞内注入电流，该电流在膜两侧产生趋向于指令电位C的电位变化，如此构成一个使膜电位始终等于指令电位C的反馈电路，此时记录的Im就可反映膜电导G的变化。其实Im就是经电极I'注入的电流，后者在电压钳制期间精确地对抗通道电流而使膜电流保持恒定。

电压钳的缺点 :电压钳技术目前主要用于巨大细胞的全细胞电流研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥其它技术不能替代的作用。但也有其致命的弱点:

1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细胞浆流失，破坏了细胞生理功能的完整性;

2、不能测定单一通道电流。因为电压钳制的膜面积很大，包含着大量随机开放和关闭着的通道，而且背景噪音大，往往掩盖了单一通道的电流。

3、对体积小的细胞(如哺乳类中枢神经元，直径在10-30μm之间)进行电压钳实验，技术上有更大的困难。由于电极需插入细胞，不得不将微电极的尖端做得很细，如此细的尖端致使电极阻抗很大，常常是60~8OMΩ或120~150MΩ(取决于不同的充灌液)。这样大的电极阻抗不利于作细胞内电流钳或电压钳记录时在短时间(0.1μs)内向细胞内注入电流，达到钳制膜电压或膜电流之目的。再者，在小细胞上插入的两根电极可产生电容而降低测量电压电极的反应能力.

其设计原理是根据离子作跨膜移动时形成了跨膜离子电流(I)，而通透性即离子通过膜的难易程度，其膜电阻(R)的倒数，也就是膜电导(G)。因此，膜对某种离子通透性增大时，实际上时膜电阻变小，即膜对该离子的电导加大。根据欧姆定律V=IR，即I=V/R=VG，所以，只要固定膜两侧电位差(V)时，测出的跨膜电流(I)的变化，就可作为膜电导变化的度量，即可了解膜通透性的改变情况。

根据不同的实验标本，可采用双微电极电压钳、空间钳位或单根吸附电极电压钳。在双微电极电压钳法中，一根胞内电极与测定膜电位的跟随器电路以及一个反馈电压放大器相连接，记录电压及控制膜电位;另一根细胞内电极用于向胞内注射来自反馈放大器输出的电流。当纪录电极输出的电压与反馈放大器标定的钳位电压不相等时，反馈放大器就会通过注射电极向胞内注入电流，直至二者相等为止。这是不再有电流注入细胞，此时通过浴槽地电极的电流-电压转换放大器纪录变化的膜电流。由于注入的电流正是用于减小差值信号的电流，所以这种电路是一种负反馈电路。双微电极钳位法适用于巨大的神经轴突、肌肉纤维和较大的细胞等。对一些细胞的电压钳位，可以通过天然的细胞解剖结构或实验者自己设计的间隙(糖间隙、油间隙)隔膜、屏障来完成，称之为空间钳位，即在细胞立体空间上保持均一的膜电位。对于较小的细胞(直径10um左右)，插入两根胞内电极很困难，这是可使用单根吸附电极进行电压钳位。

鄙人接触过的电压钳是于上海市针灸经络研究中心，见参考资料:

双电极电压钳系统是一套用于巨大细胞和细胞结构(例如乌贼轴突、爪蟾卵母细胞等)的双电极全细胞电压钳记录设备，主要用于受体和离子通道的研究。系统包含一台高性能卵母细胞钳工作站，具有8档增益和两通道高速探头，可以测量通过电流、电容补偿，并自动钳制静息膜电位。放大器具有两种速度可选:用于筛选细胞或者无需高响应时间的慢速模式和用于快速全细胞电流电压前的高速模式。系统包含两种电极夹持配件，其中直线型的夹持电压电极，而45°型的夹持电流电极。夹持配件上溢出口的设计防止电极内液压过大损坏细胞。

这个系统包含的PowerLab数据采集分析系统可以实时记录各种神经信号，单通道最高采样速率可达200k/s.此外还配有包括记录腔室、微操纵器、模型细胞等几乎所有相关配件。

暂态电压抑制器和齐纳二极管相似，但它更适用于峰值电流很高的应用场合。暂态电压可以是单向或双向的，额定电压从5V到几百伏不等。应用于275V 交流场合的暂态电压抑制器，即使在瞬时电流很高的情况下，也可以使其峰值浪涌电压低于600V。

VDR 在低压时电阻很高，高压时电阻很低。所以两端电压增加时，它会逐渐导通。VDR可以吸收很高的浪涌能量，这种器件一般以焦耳而不是瓦特来定额，因为浪涌能量一般是瞬间的。在瞬时电流很高的情况下，交流额定电压为 275V的VDR将会击穿，可以将电压限制在 710V左右。