EPC-10膜片钳放大器的使用解读

EPC10膜片钳放大器的使用

一、概述

德国HEKA公司生产的EPC(Extracellularpatchclamp)系列放大

器的早期型号为EPC5,这是世界上最早的膜片钳放大器。此后陆续

升级为EPC7、EPC8、EPC9和EPC10,EPC9和EPC10为全电脑控

制的膜片钳放大器。目前EPC放大器的最高版本为EPC10膜片钳放大

器(截至到2011年7月)，有EPC10USB和EPC10Plus两大类机型。

本文讲解EPC10USB的使用。

EPC10USB膜片钳放大器主要有如下应用：

•单通道记录：可记录亚pA级的单离子通道电流。

•低噪声全细胞膜片钳记录、电压钳/电流钳/低频电压钳(LFVC)

记录：可记录全细胞膜各种离子通道电流、细胞动作电位等。

•传统细胞内记录：可记录动作电位、细胞放电等。

•使用金属电极的场电位记录：如整体动物与脑片的诱发场电位

记录。

•突触长时程增强(LTP)/长时程抑制(LTD)记录：整体动物与脑片

的LTP/LTD记录。

•松散封接记录、人工脂膜离子通道、纳米孔等的记录：放大器

EPC10膜片钳放大器的使用

探头有足够的大电流测量能力，最大可测量2piA的电流。

•离子选择性测量：采用离子选择性电极险测溶液中某一离子浓

度。

•电化学检测（伏安法/安培测量法）：如采用碳纤电极的细胞或

膜片安培测量法，检测细胞某些物质的释放。

•细胞胞吞/胞吐或突触递质释放的研究：采用膜电容测定法，

可测量因细胞胞吞、胞吐或突触递质释放所引起的全细胞膜电

容的微小变化。

EPC10膜片钳放大器具有如下显著特点：

•仪器面板的各个功能钮/键均为计算机控制，所有操作均在程

序面板中通过鼠标与键盘进行。

•面板程序可在PC机（Windows2000\XP\Vista操作系统）和苹

果机（MacOS10.4及以上版本操作系统）上运行。

•放大器本底噪声小于90fA。

•探头有三种反馈电阻，可测量的最大电流分别为200pA（50

GC）、20nA（500MQ）.2piA（5MQ）,测量范围满足绝大多数

电生理实验信号的要求。

•电极电容（快电容）和膜电容（慢电容）补偿可自动进行。

•液接电位实现了自动校正，无需其他常见膜片钳放大器的手工

计算与校正。

•具有Lock-in放大器功能,可对膜电容微小变化进行精确检测,

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用于与膜面积有关的细胞分泌等的研究。

•通过软件扩展功能，可进行离子浓度荧光检测，实现光电联合

检测。

EPC10USB主要具有如下四种机型：

1)EPC10USB：含有一个探头，为一台膜片钳放大器。

2)EPC1()USBDouble：含有两个探头，为两台组合在一起的EPC

1()放大器。

3)EPC10USBTriple：含有三个探头，为三台组合在一起的EPC

10放大器。

4)EPC10USBQuadro：含有四个探头，为四台组合在一起的EPC

10放大器。

上述任何一种机型在机箱内都包含一个LIH8+8AD/DA转换器，

提供4个DA输出通路，满足每个放大器同时输出刺激的需要；同时提

供8个独立的AD通路，满足独立的放大器对电流、电压信号的输入。

对于含有多个放大器的EPC10USB机型，可通过放大器软件面

板选择某一放大器，使其激活。被激活的放大器可接受软件设置的命

令，并在放大器面板上通过DigitalBus绿灯显示，当有软件命令输出

给放大器时，DigitalBus灯会闪烁。未被激活的放大器不能接受命令

信号，但只要选择上，仍然可随时被激活。

以下介绍的是EPC1()USBo

EPC10膜片钳放大器的使用

二、探头

(-)探头特点

(1)EPC10的探头呈狭窄长条形，体积较小，这样设计的目的

是为了在有限的显微镜工作距离下，便十记录电极的操作。

(2)探头表面有探头的序列号，如果是Double机及以上机型，

探头表面还有“Probe2”等字样。

(3)底部有能固定在微操纵器上的塑料底座适配器，可与绝大多

数类型的微操纵器直接进行匹配。在购置某些微操纵器时，要注意选

择与探头匹配的适配器。

(4)探头内部有一个电流-电压转换器(Current-to-voltage

converter),即摄入电流，输出电压。这与一般的微电极放大器探头

不同，后者摄入和输出的均为电压。

(5)探头具有5MQ、5()()MQ和50GQ三种反馈电阻，分别用

于记录双分子层膜、松散封接模式、大细胞等的大电流(〜2FLA),

一般的全细胞电流(〜20nA)和单通道电流(〜200pA)。

(二)探头连饯

(1)信号输入端口：用聚四氟乙烯(Teflon,白色)绝缘的BNC

插口，与电极夹持器(Holder)直接连接。

(2)地线连接口(GND)：为黑色插孔，承载高质量接地信号，

用于将浴池(参比)电极接地，也可用于将探头附近的物体(如显微

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镜）、屏蔽设施等接地。该接地口通过探头电缆线与放大器前面板上

的信号地（SignalGND）相连通。

（三）探头使用注意事项

•在放大器开启的情况下，应尽量避免用手直接触碰信号输入端

口，否则可能由于手上带有静电而损伤探头内部电路！在更换

玻璃电极时，若一定要触碰信号输入端口，请一定先除去手上

的静电（通过触摸其他金属物体，如屏蔽网等），再触征信号输

入端口。

•若由于探头损坏而更换探头，则需要在连接新探头后对放大器

进行校正，方法为：开启EPC10,预热30min后，放大器与探

头均处于正常工作的温度。打开Patchmaster软件的EPC10_USB

菜单，选择TestandCalibrate条目，即可对EPC10放大器进行全

方位校正。校正的内容包括放大器软件面板上所有的数码开关

和控制按钮，这些结果仅是针对正在被校正的放大器的，不适

用于其他EPC10放大器。校正的结果可存储为Scale.epc文件。

该校正应该每隔半年进行一次，如果发现放大器的频响不准确

或者偏移比较明显时，应随时进行校正。校正过程耗时5-10min,

依计算机的速度而异。放大器校正后，再用Re-Initialize

EPC10_USB功能对放大器进行初始化。

三、电极夹持器

EPC10膜片钳放大器的使用

为了获得低噪声记录，电极夹持器必须直接插入探头中。不推荐

将电极夹持器屏蔽的做法，因这样可引入更多的随机噪声（背景噪声

可增加1-2倍），这些随机噪声来自夹持器塑料材质（聚碳酸酯）的

非理想化绝缘特性和液体水膜上的热电压波动。金属的屏蔽物质可使

更多的噪声通过电容耦合方式进入放大器探头，尤其是单通道记录更

不能屏蔽夹持器。聚碳酸酯具有低介电损失性，若自己制作电极夹持

器，要考虑采用低介电损失的材料，表面要具有疏水性，以防液膜的

形成。聚碳酸酯是目前发现的符合上述特点的最佳材料。

使用电极夹持器时，将银丝（长度一般在4.5cm）焊接在铜针上,

后者插入探头BNC插口内。银丝表面需要镀上AgQ,可用含Cl离

子的溶液（如100mMK。溶液或生理盐溶液）电镀（与铜针焊接处

部位的银丝不要电镀）。

电极夹持器的噪声测定：将含有银丝电极的夹持器插入探头，探

头用锡箔纸包裹，采用放大器的NoiseTest功能测量噪声。良好的夹

持器应该只增加噪声1（）%左右，例如从95至IJ105fAo

四、模型细胞

一般的膜片钳放大器均配备模型细胞，它的用途有如下两个：

（1）用于模拟真实细胞的膜反应，帮助初始者演练放大器各项

功能的使用；

（2）用于检测放大器的功能是否正常，如果用模型细胞检测放

大器时没有问题，则表明放大器功能是正常的。

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与EPC10放大器配备的是MC10模型细胞，它通过BNC适配

器与探头信号输入接口连接，通过另一根细线与探头GND接地口连

接。其上有三个位置，通过扳手来选择：

•10M位置：模拟电极入浴液，电极电阻为10MQ。可模拟进行

施加测试排冲和补偿失调电位（如液接电位等）。

•中间的位置：模拟电极与细胞膜形成高阻封接，电极电容（及

其他漂浮电容）为6pF。可模拟进行电极电容（Cfast）的补偿

功能。

•0.5G位置：模拟形成了全细胞记录模式，串联电阻为5.1MQ,

膜阻抗为500MQ（0.5GQ）,膜电容为〜22pF。可模拟进行膜

电容（C-slow）的补偿功能和电流钳模式，还可用于检测软件

Patchmaster编辑输出的刺激脉冲。

五、仪器面板

（一）前面板

1.PowerSwitch

电源开关。为让放大器能正确地初始化，一般是要先开启放大器

电源开关，再打开采样软件（Patchmaster或TIDA）。当然，在忘记

先开启放大器时，也可通过采样软件重新对放大器进行初始化。注意,

在开始实验前，放大器需要预热至少15分钟。

2.Probe

用于连接探头。

EPC10膜片钳放大器的使用

3.ChassisGnd（CHAS）

EPC10放大器的机壳地。与大多数仪器一样，该机壳地与电源

地相连通。为避免形成地线环路，在放大器设计上，信号地与机壳地

之间不直接连通，而是中间连接了一个10Q的电阻。

4.ExternalStim.InputCC

外部来源的电压刺激信号从这里输入，放大器会根据需要设定的

比例转化为刺激电流，

可与放大器内部的电流刺激信号叠加，用于电流钳模式。

5.ExternalStim.InputVC

外部来源的电压刺激信号从这里输入，它们可与放大器内部的电

压刺激信号叠加，用于电压钳模式。叠加的刺激信号通过2极滤波器

滤波，以去除电压变化初始与结束时产生的跃迁，这避免了刺激命令

处理电路出现非线性特性，同时也降低了电极电容快速充电时产生的

电流瞬变值幅度。软件提供两个滤波等级（用10-90%瞬变值幅度上升

时间表示）：2四（是防止放大器内部电路出现非线性化所需的最小上

升时间）和20即（最适合于那些除了最快速测量以外的所有测量，用

于降低电容瞬变值幅度）。

6.VoltageMonitor

将电极上的电压输出给监视系统（如示波器），该电压是将输出

给电极的电压放大了10倍。该输出的阻抗为50Q。在Patchmaster的示

波窗口中可显示原始的未被放大的信号。

7.CurrentMonitor

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输出电极电流，该信号经过了在放大器软件面板中所设置的滤波

器滤波。正电区与从电极输出的电流相对应。通常，左手边的输出

（Filter1）是经过放大器软件面板中Filter1滤波后的输出，可输出给

数据记录装置（如磁带记录仪等），用于记录宽频信号，如可记录单

通道活动。右手边的输出（Filter2）是经过放大器软件面板中Filter2

额外滤波后的输出，用于输出给示波器，监视整个实验过程（如封接、

破膜等）。上述任何一种输出都可在软件Patchmaster的示波窗口中显

zj\O

8.SignalGND

为香蕉插口，是高质量的信号地，可用做膜片钳系统中其他仪器

的公共地。

9.Clipping

这是一个二极管指示灯，当放大器输入电流饱和时该指示灯亮。

在电压钳实验中，电容充放电伪迹将被电脑去除，而去除过程只有在

不出现饱和的情况下完成，该指示灯起到这样一个监督的作用。特别

地，虽然通过滤波后输出的电压没有达到饱和，但如果滤波前输出的

电压是饱和的，则该指示灯也会指示饱和！

10.DigitalBus

该指示灯显示计算机正发送数码信息到EPC10放大器。

11.A/DInputs

放大器内设的转换器（EPC10采用LIH1600,EPC10USB采用

LIH8+8）提供8个模拟/数码（A/D）输入通道，其中3个在仪器内部

EPC10膜片钳放大器的使用

与EPC10连接(若使用EPC10Double或EPC10Triple,贝ij分别有5或7

个与放大器在内部连接)。剩余的输入通道可提供给其他应用程序软

件，如Patchmaster可利用这些通道监测从温度传感器、压力传感器或

其他传感器的输出。

12.TriggerIn

外部触发信号输入口。当在采样软件Patchmaster中的Pulse

Generator选择TriggerSeries或TriggerSweeps时，外部触发信号通过该

输入口触发放大器进行数据采集。

13.TriggerOutput

TTL触发输出。有3个输出，用于使其他设备与膜片钳实验同步

化.

14.D/AOutputs

提供3个数码/模拟(D/A)信号输出通道(0.2),它们携带如下

信号:

DA-0-Free(C-slowduringCap.Track)

DA-1-Free(G-seriesduringCap.Track)

DA-2-Free

在Patchmaster采样软件的Capacitance-Tracking模式，DA-0和

DA-1接口可作为特殊用途的输出口，这可在软件中设定。如果在EPC

10放大器软件面板中执行CapTrack功能，则DA.0将输出C-slow数值,

DA-1将输出G-series(=l/R-series)的数值。上述数值是以电压形式

输出的,G-series的转换因子为100nS/V,C-slow的分别是().5、5或50

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pF/V（对应于30、100和lOOOpF范围的电容值）。DA-2通常用于触发

示波器或隔离器。

注意：（1）当在软件面板中使用Reset时，上述输出的数值将都

变为0。（2）当需要使用软件面板CapTrack功能时，不能将DA-0和

DA-1用做触发信号的输出。（3）这3个接口是输出口，千万不要将

刺激信号从这里输入。

（二）后面板

EPC10USB后面板上有2个25针的连接口、1个40针的连接口和4

个通信输入器口，用于放大器与其他设备的连接。

1.USB

接计算机USB2.0口，连接放大器软件与EPC10USB主机。在连

接有多个EPC10USB放大器时，为使采集时钟同步化，需要将一个

放大器的MASTERSYNC和另一个放大器的SLAVESYNC用标准

CAT5网线连接，而且该线要求越短越好。

2.DIGTALIN

从外部设备来的TTL逻辑电路的触发信号输入口，为25针的输入

口。

3.DIGTALOUT

TTL逻辑电路的数字信号输出口，为25针的输入口。用于输出触

发信号给其他设备，如给药灌流系统c第21-23针输出的触发信号也

可通过前面板的TRIGGERINPUT/OUTPUT中的OUT（）至OUT2输

EPC10膜片钳放大器的使用

出。

4.DigitalIN/OUT

只用于和HEKA公司的其他设备连接，如连接EPC8或TIB14到

EPC10USB放大器。为40针的输入/输出口。

5.TELEGRAPHINPUTS

4个通信输入器插口，用于将EPC10USB放大器的滤波频率

（Frequency）、所测膜电容（Cm）、增益（Gain）大小等信息输出

给软件。

6.AUXDAC

辅助数模通路。

7.SOUND

声音输出口。

8.Power

电源线插口，输入电压有90-210V和220-250V两个交流电范围段,

可自动调节。保险丝的规格是1mA。

六、软件面板

（-）主要功能

1.单机与多机

无论单机还是多机，都共用一个LIH8+8型AD/DA转换器。该转

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换器提供4个DA通道（可允许同时输出4个刺激信号）、8个AD通道（可

同时摄取不同放大器的8个电压或电流信号）。当前正在激活的放大器

可通过仪器前面板上的DigitalBus绿灯在闪亮判断出来。

当使用EPC10Double、Triple或Quadro放大器时，软件面板会显

小“1.Amplifier、2.Amplifier,...”等。点击其中任何一个放大器，则

将激活该放大器，显示为红色。各放大器的设置是互不影响、相互独

立的。

2.Gain

电流输出的增益。数值范围为0.005-2000mV/pA,分为三档：

0.005-0.002>0.5-20和50-2000mV/pA,分别对应于探头5MC、500MQ

和50GQ的反馈电阻，用于记录不同范围大小的电流（见下表）。当选

择不同Gain数值（通过键盘上的上下箭头或拖动鼠标来选择）时，软

件会自动选择相对应的探头反馈电阻的大小来通过电流。

低范围的Gain用于双层膜、松散封接膜片和大细胞的实验，在这

类实验中，记录的电流比较大（可高达2RA左右），电容补偿可达1nF,

可补偿小至10C的串联电阻。中范围的Gain主要用于一般大小的细胞

的全细胞记录，记录的电流范围可达20nA,电容补偿可达1000pF,

可进行串联电阻补偿和电流钳记录模式，背景噪声比高范围Gain的噪

声大，但提供100kHz的频带宽。高范围Gain用于单通道记录，其噪

声极低，但记录的最大电流大约在200pA以内，最大频带宽约为60

kHz,但是一些在中范围Gain情况下的功能不能使用（如电容补偿最

大为10（）pF、电流钳模式不能使用等）o

EPC10膜片钳放大器的使用

表.EPC10增益Gain的三个范围

低范围中范围高范围

Gain(mV/pA)0.005-0.0020.5-2050-2000

50()MQ

对应的反馈电阻大小5MQ50GQ

电压钳模式能够测量的

±2pA±20nA±200pA

最大电流

电流钳模式能够输出的

±100nA±10nA—

最大电流

摄取信号的频带宽(kHz)10010060

C-slow慢电容补偿范围

30/100/100030/100/100030/100

(pF)

是否具有电流钳模式是是否

能否进行串联电阻补偿能能能

大电流记录

(双分子层单通道记

适用的记录模式全细胞记录

膜、松散封接录

或大细胞)

3.ClippingIndicator

当放大器的输入发生饱和时.，在Gain的标框处出现一个闪烁的

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“Clip”，警示电流超载。这个Clip与放大器前面板上的Clipping灯的功

能相同，但它给人的感觉好像比后者更敏感，其实不然，它只是将处

于超载的时间显示得长些而己。

4.V-membrane

电压钳模式下，用于设定（双击鼠标左键或单击右键输入）钳制

电位（范围为±1,000mV）。电流钳模式下（显示为I・membrane）,用

于设定（双击鼠标左键或单击右键输入）钳制电流（范围为±1,00（）

pA）o如果零电位（该电位下通过电极的电流为零）已经被正确设置,

则软件会将液接电位和其他失调电位进行校正，以保证钳制电位的准

确性。

5.1-mon

显示实际测量的通过电极的直流电流（基线位置的电流）。在对

液接电位等失调电位进行补偿后，该电流应接近0。

6.V-mon

显示对液接电位等失调电位校正后实际测量的通过电极的电压。

在施加钳制电位（V-membrane）后，则显示钳制电位。但注意的是，

在某些情况下（如在长刺激脉冲期间），V・mon可能会暂时与所设定

的钳制电位有些不一致，因为它显示的是钳制电位V-membrane与所

设定的刺激脉冲电压之和的平均值。

7.R-memb

在电极进入浴液到形成封接前，R-memb（R-membrane）显示串

联电阻Rs（主要为电极电阻）的大小，封接形成后显示封接电阻Rseal

EPC10膜片钳放大器的使用

的大小，形成全细胞记录模式后则显示细胞膜电阻Rm的大小。其数

值是通过测量基线与测试脉冲后半部分的电流幅度来获得的。可通过

本软件面板下部的“Sound”功能（见后）对R-memb大小进行声音监

控。

8.InputADC

在这里选择Patchmaster采样软件示波窗口中可显示的输入信号，

包括如下几种：

•F2-EXT：外部刺激命令，从放大器前面板上的“ExternalStim

gputVC”输入，经过滤波器（Filter2）滤波，显示在示波窗口。

•Imon-1：电流输出1

•Imon-2：电流输出2

•Vmon：电压输出

•AD0-4：任何其他的AD通道

9.RecordingMode

用于选择记录模式，包括InOut（内面向外记录模式）、OnCell

（细胞贴附记录模式）、OutOut（外面向外记录模式）、WholeCell

（全细胞记录模式）和C-Clamp（电流钳模式）

10.TestPulse

可产生一定幅度（在Amplitude中设定）与频率（在Length中设

定脉冲宽度，间接决定了脉冲频率）的测试刺激脉冲施加给细胞，记

录电流反应，仅适用于电压钳模式，用于监测封接过程或其他需要给

予刺激脉冲来监测一些实验设置参数的情形。要关闭测试脉冲，可选

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择其左侧的off；要选择单向脉冲，可选择其左侧的Singleo可通过

TestPulse右侧的框选择显示输出脉冲电压还是电流反应或都显示。

11.Amplitude/Length

设定测试脉冲的幅度与持续时间。测试脉冲幅度的范围为±100

mV,持续时间范围为0.1-1000ms。当脉冲持续时间为1ms时，每个

测试脉冲含有100个采样点，即采样间隔时间为10|xmo

12.Noise

该功能用于检测放大器的内部噪声和环境噪声，当将探头屏蔽

时，检测的是放大器的内部噪声，当将探头裸露时，检测的是环境噪

声。执行该功能时，rms噪声电流被持续检测与更新，此时将没有测

试脉冲输出。rms噪声电流通过当前激活的AD数模通道采集，通常

经过Imon2输出，频带宽由Filter2决定。电流的采样间隔为100卬,

获得一个噪声数值需要持时256ms,噪声数值显示在Noise仪表中。

噪声的详细测量方法见“七、功能检测:

13.LJ(Liquidjunction)

液接电位(mV),该框内需要手工输入液接电位的数值，放大器

会根据这个数值对液接电位自动进行校正。在线校正需要在封接前操

作Auto-Vo、输入LJ合适的数值。如果LJ输入OmV,则放大器将不执

行校正功能。双击鼠标左键输入LJ数值(范围±200mV),可以拖动

鼠标改变LJ数值。LJ数值的计算方法见文献(Neher,E.(1992)

Correctionforliquidjunctionpotentialsinpatchclampexperiments.In:

MethodsinEnzymology207,123-131,AcademicPress,NewYork.),用

EPC10膜片钳放大器的使用

于计算LJ的常见离子迁移率见文献(Barry,P.H.&Lynch,J.W.(1991)

Liquidjunctionpotentialsandsmallcelleffectsinpatch-clampanalysis.J.

Memb.Biol.121,101-117)o

下表列出了常见溶液与生理盐溶液(140mMNaQ)之间的LJ值。

SolutionLJ

145K-glutamate,8NaCI,1MgCl2,0.5ATP,10NaOH-HEPES10mV

145KCI,8NaCI,1MgCI2,3.5ATP,10NaOH-HEPES3mV

60Cs-citrate,10CsCI,8NaCI,1MgCI2,0.5ATP,20CsOH-HEPES12mV

32NaCI,108Tris-CI,2.8KOI,2MgCI2,1CaCI2,10NaOH-HEPES-3mV

70Na2so4,70sorbitol,2.8KCI,2MgCI2,1CaCI2,10NaOH-HEPES6mV

LJ的极性是生理盐溶液相对于表中溶液的。

注意：LJ不受Reset按钮功能的影响，也不能用宏命令（macros）

设定，这一限定是为了避免LJ的意外变化引起错误的LJ校正。如

果我们用的电极内液和细胞浴液是同一种溶液（且浓度也相同），则

LJ应该为OmV。对于标准的液接电位校正，LJ中输入数值的正负极

性应该是溶液相对于电极内液的电位，例如，如果电极内液含有谷氨

酸或天门冬氨酸，溶液中含有CI离子，LJ的极性应该为正（如+10

mV）。点击Auto-Vo,V-membrane将变为・10mV（WholeCell和Out

Out模式时）或+10mV（OnCell和InOut模式时）,此时LJ得到了准

确校正。

在膜片钳实验中，需要考虑的偏移电位主要有放大器偏移电位

（范围±30mV）、电极电位（范围±200mV）,依赖于玻璃电极内与

参比电极附近的C1离子浓度）、液接电位以及与要研究的细胞膜串联

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的其他细胞膜的电位（如在细胞贴附式时）。实验中一些偏移电位是

固定不变的，如放大器偏移电位和电极电位，而液接电位却是变化的。

实验开始时，首先要做的就是将那些固定不变的偏移电位去除，

使通过玻璃电极的电流为0,这样放大器的命令电压V-membrane就是

施加给细胞膜的电压。

液接电位在实验中是变化的。例如在全细胞记录模式，当记录电

极进入浴液时，因电极内液与浴液的成分不同，液接电位得以产生。

而当形成全细胞记录模式后，因电极内液与细胞内液接近，液接电位

此时基本消失了。在电极刚入浴液时，为了去除液接电位，我们需要

将其去掉（这个过程叫补偿），而当形成全细胞记录模式时，又需要

将已经补偿掉的液接电位恢复回来（这个过程叫校正）。

14.Vo（Pipetteoffset）

Vo显示总的失调电位（施加到电极上的实际电压是V-membrane

与Vo之和），可通过点击Auto-Vo来自动显示，也可拖动鼠标手工调

节。当改动LJ时，Vo会随之自动变化。注意：不推荐手工调节Vo,

因为这会干扰放大器对液接电位的校正。

15.Auto-Vo

Auto-Vo按钮用于自动消除失调电位，使电极电流为0。失调电

位的大小显示在Vo,其范围为±200mV。.Auto-Vo用于电极入浴液

后至开始封接前的时间段，其与LJ的合用可对液接电位进行在线校

正。点击Auto-Vo后，V-membrane将变为LJ的数值（OnCell和InOut

模式时与LJ的极性相同，WholeCell和OutOut模式时与LJ的极性

EPC10膜片钳放大器的使用

相反）。注意：Vo的数道不受Reset钮的影响c

16.Track

它实质上是在钳制电位为0mV时，Auto-Vo功能的反复多次的

执行，执行的频率取决于EPC10菜单中SearchModeDelay的设定。

17.C-fast

用于补偿电极电容和其他漂浮电容（范围为0-15pF）。如果探头

输入端不接任何东西，放大器仍会有残存的1-1.5pF的输入电容，可

被C-fast补偿。补偿功能有两个框，上面的框显示电容值，下面的框

显示电容充放电的时间常数［（〜8.）。补偿可通过拖动鼠标手工进

行，也可输入电容数值和T值，还可点击右面的Aut。进行自动补偿。

如果将鼠标放在“v>”上，则上下拖动鼠标可改变补偿的电容值，左右

拖动鼠标可改变时间常数T值。

Aut。自动补偿的原理是：施加给电极一些5mV的脉冲，对产

生的电容电流进行平均，然后用指数方程拟合出电容补偿数值。如果

Auto不能拟合出一个理想的补偿数值，Auto右侧标有E的小框将变

灰暗。在采用细胞贴附式记录模式时，若对玻璃电极涂抹Sylgard树

脂（电极电容变小）并且将C-slow关闭，此时Aut。补偿功能的效果

最好。放大器软件提供了两种补偿方法，快速补偿方法采用查表法

（look-uptable）,即将放大器内储存的数值表查找一遍直至找到某个

值的过程。该方法首先需要在。。。。。。中选择MakeC.fast,在默认路

径中创建出文件CFast.epco如果程序找不到该文件，则在打开

Patchmaster时将出现信息，提示找不到文件，此时，程序将采用慢补

-20-

偿方法(反复补偿法)。

18.C-slovv

用于膜电容补偿。有3个电容补偿范围，在Range中：30pF

(0.12-30pF)、100pF(0.4-100pF)和1000pF(4-1000pF)o该范

围还受到程序的限制，即必须保证时间常数T=R-seriesxC-slow大十

5以防止振荡的出现。C-slow补偿可通过拖动鼠标手工进行，也可

输入电容数值，还可点击右面的Aut。进行自动补偿(包括C-slow和

R-series)。

C-slowRange

选择膜电容补偿的范围。Off-关闭补偿功能，30pF用于小细胞,

100pF用于中小尺寸的细胞，1000pF用于大细胞。注意：(1)当选

择1000pF范围时,Gain只能选择低和中范围，如果Gain选择高于

20mV/pA的数值，程序会自动将补偿范围降到100pF。(2)若使用

CapTrack功能测量电容的微小变化，应该尽可能选择大范围的

C-slow,这与直觉恰好相反，选择大范围的C-slow将使补偿更加精

确，分辨率更高。

R-series

显示串联电阻的数值。范围为0.1-10GQ。通过该数值可决定膜

充放电反应的时间常数和对串联电阻进行补偿。该数值的调节受限于

膜电容数值以及补偿范围Rangeo该数值可通过拖动鼠标手工进行更

改，也可直接输入数值，还可点击右面的Aut。自动进行测量。如果

将鼠标放在上，则上下拖动鼠标可改变补偿的电容值C-slow,左

EPC10膜片钳放大器的使用

右拖动鼠标可改变串联电阻R-series值。

AutoC-slow

该功能可自动执行C-slow补偿功能和测量串联电阻R-series数

值。若C-slowRange处于Off状态，点击Auto时将自动把范围设成

1000pF（低和中范围Gain时）、100pF（高范围Gain时）。该功能在

Cfast执行后进行时效果好，且为了获得更好的补偿效果，反复交互

执行AutoC-fast和AutoC-slow效果更佳。

如果Auto功能不能给出一个理想的补偿数值，Auto右侧标有E

的小框将变灰暗。连续重复执行Auto可采用CapTrack功能（见下）。

注意：在执行Auto前，提供合理的C-slow和R-series估计值是必须

的，否则Aut。的自动补偿功能可能会失败。

CapTrack

点击该按钮可连续重复执行AutoC-slow补偿功能，跟踪补偿膜

电容可能发生的微小变化，测量出电容值与串联电阻R・series值，再

次点击可关闭该功能。注意：在Patchmaster采样软件EPC10菜单中，

选择OutputCap.Track选项，则可将测量的电容值和串联电导G-series

（1/R-series）值分别输出到DA0和DA1。换算系数G-series是100

nS/V,C-slow是0.5、5或50pF/V（分别对应于电容范围30、100和

1000pF）。点击Reset钮，DA输出的数值将被调为0。如果要激活

OutputCap.Track功能，则一定要确保触发DA不能是DA0或DA1

通道。

Delay

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该功能设置下一次Cap.Track执行前的等待时间。当Delay特别

短时（如1ms）,膜电容测量的更新频率大于10Hz（还取决于计算

机类型）。当关闭采样软件示波窗口时，CapTrack的更新速度可增加

约2倍。

19.RsComp

全细胞记录电压钳模式下，细胞膜电位由施加在记录电极上的钳

制电位所决定。但是这种钳制电位钳制的效果并不完全，因为它还依

赖于来自电极至细胞内部的串联电阻（Rs）和所记录电流幅度的大小。

Rs因与电极电阻串联而得名，一部分Rs来自电极电阻本身，但通常

大部分Rs来自残留的破裂膜电阻，实验中，通常Rs至多降低到电极

电阻的2倍。

Rs对电流记录带来两方面的负面影响：（1）首先，当通过电极

输出步阶电压给细胞时，Rs延迟了膜电容充电反应。膜充电反应的

时间常数T=RSKCm（Cm是膜电容），例如，若Rs=5MQ,Cm=20

pF,则时间常数100即。该时间常数对于研究快速的电压门控性

离子通道电流（如Na通道电流）来说是太长了。（2）其次，当膜上

有大电流通过时，Rs产生的膜电位误差增大。例如，若Rs=5MQ,

则2nA的通道电流将产生10mV的膜电位误差，这对于研究电压门

控性离子通道电流来说已经相当大了［一般要保持在2mV以下的误

差）。

执行Rs补偿功能时需要选择补偿速度与设定补偿的程度（百分

比）。补偿速度有如下选择:

EPC10膜片钳放大器的使用

Off-关闭补偿功能

100联-慢补偿1O|1S-快速补偿211s-极快速补偿

如何选择补偿速度取决于时间常数3值的大小。如果T值小于500

gs,应选择2回，提供补偿必需的速度。极快速补偿可加快电压钳制

速度，但需要苛刻的调节，以防止产生高频振荡。极快速补偿时，Filter

1将自动切换为HQ-30kHz设置。电流钳模式下，Rs-Comp将成为桥

补偿。

理论上讲，Rs补偿的百分比越大越好，但实际上补偿超过90%

将产生电极振荡。如何设定补偿的程度也取决于时间常数工值的大小。

如果T值大于100四，可以最大补偿到90%而不产生严重的振荡。对

于较小的T值，补偿的程度应该为仅低于产生振荡的百分比数值。

Auto按钮可以自动调节补偿的设置，使膜电位的跃迁速度达到

最大，并使超射最小，防止振荡产生。

20.Filter1和Filter2

Filter1：设置放大器3极滤波器的滤波频率，有如下4个选项：

Bessel100kHz^Bessel30kHz、Bessel10kHz和HQ30kHz。一般情

况下选择10kHz就已经足够了，可有效地降低高频噪声的干扰。当进

行快速RsComp时（如选择2四），此处会自动选择HQ30kHz,其他

场合基本不用HQ30kHzo

Filter2：设置放大器4极滤波器的滤波频率，只用于I・mon2电流

信号。Filter2与Filter1是串联的。滤波频率可通过拖动鼠标手工进行，

也可输入数值,范围为0.1-16kHz,步阶为0.1kHz,保证精确在0.5-15

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kHz范围。有两种滤波器类型供选择，一是Bessel,这是我们最常采

用的滤波器，另一个是Butterworth,具有大的衰减斜率，主要用于功

率谱分析。注意：

(1)当Filter1和Filter2联合使用说,实际上Filter2的滤波频率

是起真止滤波作用的，即为I-mon2信号的滤波频率。

(2)如果不适用Filter2滤波，而是采用外部滤波器滤波，则可

将I・mon1输出到外部滤波器的输入端，将滤波器的输出返回给放大

器的AD通道(AD0...AD5),将选择的AD通道作为信号输入通道。

(3)当放大器的输出选择I-mon1时，所用的滤波器为Filter1,

此时Filter2失效。如要使用Filter2,则必须先将放大器输出更改为

I-mon2O

21.LeakComp

漏电流补偿功能。补偿程度用电导表示，该电导称为漏电导(Leak

conductance),补偿范围为2nS、20()nS和20p_S,分别对应于高、中、

低范围的增益Gain。漏电流补偿可通过拖动鼠标手工进行，也可输入

数值，还可点击右面的Auto进行自动补偿。通过Track钮可连续对漏

电流补偿进行更新，跟踪漏电流的变化。

22.Stim

当对电位变化的速度要求不高时，外部输入放大器的刺激信号可

被一个2极Bessel滤波，以降低快速的电容瞬变值幅度。放大器提供了

两个滤波等级(用10-90%瞬变值幅度上升时间表示)：2gs(是防止

放大器内部电路出现非线性化所需的最小上升时间)和20回(最适合

EPC10膜片钳放大器的使用

于那些除了最快速测量以外的所有测量，用于降低电容瞬变值幅度）。

通常选择20回就足够了，除非要研究诸如Na通道电流这种激活非常

快的电流。

External处可输入外部电压刺激输入的转换系数，范围是±0-10x,

便于使用不同的外部刺激器。注意：（1）如果没有外部刺激器输入到

放大器前面板EXTSTIM.INPUTVC,强烈推荐将External设为Off（即

为（）），这么做可有效地防止外部噪声的摄入。（2）放大器内部的钳制

电位V-membraneis不受该转换系数变化的影响，但是，如果钳制电位

是通过外部的刺激器或另外的计算机设置的，则该转换系数将对钳制

电位V-membrane产生影响。

23.Zap

用于打破细胞膜形成全细胞记录模式。点击Zap,放大器将通过

电极给予细胞膜一个高电压脉冲（幅度范围为±1V,持续时间为

0.005-1000ms）o在采样软件Patchmaster中，打开Windows下拉菜单，

开启Configuration窗口，如果在Hardware中选择ZapOnCellonly,则

Zap功能只用于形成封接后，而不能用于形成全细胞记录模式后。

24.Sound

选择此项后，R-membrane数值的变化将有声音的伴随。该功能

需要计算机具有声卡。

25.Reset

该功能可使EPC10软件面板上的一些设定恢复到最初的默认值。

它将使DA通道变为0,取消使用CapTrack时C-slow和R-series的输出。

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另外，当记录宏命令时，也需要使用Reset功能使EPC10恢复到初始

状态。

(二)一些较少使用的隐藏功能

一些较为少用的功能隐藏在EPC10USB软件面板的右侧，通过

点击EPC10USB软件最上端的“ShowAll"，可以显示出来。

l.LFVCV-memb

用于设置低频电压钳(Lowfrequencyvoltageclamp,LFVC)模式

的钳制电位。点击右侧的“<-V-memb”或“<-V-mon”，可将V-memb或

V-mon的数值拷贝过来。

2.LowFreq.VC

低频电压钳(LFVC)模式实际上是一种改进的电流钳模式。该

模式下，可以测量膜电位的快速偏移，如动作电位、突触电位，同时

维持平均膜电位在设定的LFVCV-memb水平。因此，该模式的工作

方式在记录快速信号时类似电流钳，而在记录低频信号时类似电压

钳。其工作原理是，测量的膜电位经过低通滤波，并与设定的LFVC

V-memb进行比较，如果两者不同，则向细胞内注射一个电流，使膜

电位维持在设定的LFVCV-memb水平。由于细胞不能区分从电极注

射到细胞内的电流和跨越细胞膜的电流，LFVC电路可被看做是额外

的膜电导。这里选择LFVC的反馈速度，有1,3,10,30,100等选项。数

字越小，反馈速度越快。若选。ff,则不执行该功能。注意，该功能只

被Patchmaster采样软件支持。

EPC10膜片钳放大器的使用

3.R-memb->R-pip

点击该钮可将R-memb的数值拷贝过来到R-pip,用于在封接前

将电极电阻值储存在所采集的数据文件中。

4.CC-Gain

该功能可选择电流钳的转换系数(0.1pA/mV、1pA/mV和10

pA/mV),分别对应于最大命令电流1nA、10nA和10()nA。当通过放

大器前面板ExternalStim.InputCC输入外部刺激命令时,需要在此选

择转换系数。当CC-Gain选择1pA/mV,ExternalStim.InputCC输入1

mV的命令时，将产生IpA的命令电流。注意：gain的选择受该转换

系数的限制，如CC-Gain选择1pA/mV,电流钳模式下gain的范围只能

是0.5-20mV/pAo

5.GentleCC-Svvitch

该功能用在电压钳与电流钳之间进行反复切换时。

GentleCCSwitch选择On：为维持膜电位稳定，在切换为电流钳

时，Lhokl不为OpA,而为某一数值，需要向细胞注入电流。为此，

电压钳卜V-mon应该与初始的V-membrane一致。同样，在返回到电压

钳时，V-membrane将会在电流钳时的膜电位附近。

GentleCC-Switch选择Off：在切换为电流钳时，Lhold将设为0pA。

6.V-monGain

所测量的V-mon可以在输出到模数转换器前，被放大10或100倍。

放大*100倍时，电压范围为±100mV,分辨率为1.5pV,特别适用于

电压幅度较小的场电位记录。

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7.LastV-membrane

电流钳模式下，膜电位非常容易改变，当切换到电压钳时，

V-membrane常常不同于切换为电流钳模式之前的数值。Last

V-membrane用于储存并恢复初始的V-membrane值。

8.Bell

点击该钮启动系统声音，用于在实施宏命令时提供反馈信息。

9.Relativevalue

点击该钮，则在记录宏命令时，任何值的变化都以相对变化值被

记录下来，例如，如果使钳制电位从-60mV超极化到-70mV,则宏命

令中将记录-10mVo

10.Overla.v

点击该钮，测试脉冲波形线将以叠加的方式显示在采样软件示波

窗口中。

11.ListState

点击该钮，将放大器设置状态的一些信息发送到Notebook窗口

中，包括放大器类型(Amplifier)、记录模式(RecordingMode)、钳

制电位(V-membrane增益(Gain)、滤波频率(Filter2)、快电容

补偿(C-fast)和慢电容补偿(C-slow)o

12.OnePulse

点击该钮一次，就输出一个测试脉冲。当TestPulse选择off时，

若仅仅需要一次测试脉冲，可选此功能。

13.1-ScaleandV-Scale

EPC10膜片钳放大器的使用

用于设定测试脉冲TestPulse在采样软件示波窗口中的显示比例

（左侧框）和偏移（右测框）。数值1将使Y轴达到AD/DA转换器的最

大量程（±10.24V）,此时，如果输入信号饱和了模数转换器，便很

容易发现。但是，如果要对信号进行放大，则需要在采样软件

Patchmaster的Configuration窗口Mise.中选上ScaleTestPulseo

14.Sound

编码R-membrane的声音灵敏度（Hz/MQ）和音量（％）在这里设

定。点击Sound钮可执行该功能。

15.Wait

用于设定在记录宏命令时暂停的时间。点击该输入框，可将

Record变为Stop,此时宏命令的记录暂停，直到经过所设定的时间或

点击Stop,才可继续记录宏命令。

七、功能检测

（-）施加测试脉冲

1.将模型细胞与探头连接好：将模型细胞与探头的BNC口连接,

将探头后端的接地口与模型细胞接地线口连接。

2.将模型细胞电路设置为10MQ位置，此时模拟电极入浴液（电

极电阻10MQ）o

3.打开Patchmaster,点击放大器软件面板的Reset（图中①所示）,

设置记录模式为OnCell模式（图中②所示），将TestPulse的幅度

（图中③所示）设为5mV,时间长度（图中④所示）设为5ms,此

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时在波形显示窗口将出现电流方波。如果增益Gain大小合适（即为

5mV/pA）（图中⑤所示），则窗口中将显示一个幅度约为500pA

的电流方波（根据欧姆定律，I=U/R=5mV/10MQ=500pA）（图中

⑩所示）。

4.PULSE或Patchmaster会自动计算出且随时更新电极电阻的大

小，并显示在R・memb上（图中⑥所示，10MC左右）。

5.可能存在的失调电位可通过点击Vo右边的Auto（图中⑦所示）

来自动完成（也可通过双击Vo,然后通过上下拖动鼠标使电流方波

的基线为（）和使I-mon显示为0）,此时，命令电压V-membrane（图中

⑧所示）应该显示为0mV,同时Vo（图中⑨所示）显示出失调电位

的大小。此外，电流方波的基线（图中⑩所示）、电压监视器V-mon

（图中（ID所示）和电流监视器I-mon（图中⑫所示）都应该为0或接近

0o

6.在Patchmaster中,上述3-5步骤可通过点击面板左上的黄色

SETUP钮自动实现，或通过点击键盘数字“1”自动实现，执行下列内

设的宏命令：

1.SET-UP

EReset：；（重设放大器）

EMode：1；（选择OnCell记录模式）

EGain：10；（设定Gain为5.0mV/pA）

EPulseAmp：5.0mV；（设定测试脉冲幅度为5.（）mV）

EPulseDur：5.0ms（设定测试脉冲时间宽度为5.（）ms）

EPC10膜片钳放大器的使用

EPulseOn：TRUE；（施力口测试脉冲）

EAutoZero：（补偿失调电压）

注：PULSE软件有一个内置的宏命令注释文件，一些预设的宏

命令以纯文本格式存储在“EpclO.mac”文件中，可用任何文本编辑器

编辑。例如：命令"EGain：10"，是将放大器增益Gain设定为Gain下

拉选项中的第10个值（即5mV/pA）o至于如何对这些宏命令注释进行

编辑与修改，可参考PULSE软件使用说明手册。

（二）高阻封接电压钳记录

1.切换模型细胞到中间位置，此时显示的电容为电极电容（约

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为6pF）,该位置模拟电极与细胞膜形成高阻封接，可模拟进行C-fasi

补偿功能。为从模型细胞的高电阻电路中能分辨出比较小的电流，将

Gain（图中①所示）设为50mV/pA。

2.在图形显示窗口中将看到两个快速的电容瞬变值（图窗口中

蓝线显示）o调节C・fast补偿功能的数值幅度（图中②所不），此时

电容瞬变值变小了；同样对时间常数（/fast）（图中③所示）进行调

节，使瞬变值变窄。持续调节补偿幅度与时间常数，直到在图形显示

窗口中出现直线为止（图窗口中红线显示），此时电容值得在6pF左

右。

3.当过度补偿时，瞬变值将发生反方向变化，此时应该降低电

容补偿的数值。

4.C-fast也可通过点击AUTO（图中④所示）让放大器自动补偿。

如果补偿失败，则AUTO按钮中的E区（图中⑤所示）将变为黑色。

发生这种情况时，应该反复点击AUTO,直到E区恢复正常为止。

5.在Patchmaster中，上述步骤可通过点击面板上部SETUP按钮

右侧的SEAL钮自动实现，或通过点击键盘数字“2”自动实现，执行下

列内设的宏命令：

2：SEAL

EGain：14;（设定Gain为50mV/pA）

EAutoCFast：;（自动进行C-fast补偿）

EAutoCFast：;（再次进行C-fast补偿）

EBell：；（出现be叩音）

EPC10膜片钳放大器的使用

（三）全细胞电压钳记录

1.Cfast补偿完成后，切换模型细胞到“0.5Gohm”位置，此时模

拟形成了全细胞记录，膜电容约为22pF,膜电阻为500MQ,输入阻

抗为5.1MQ。可检测C-slow功能、串联电阻补偿功能以及电流钳模式。

2.降低Gain至20mV/pA（图中①所示），R-MEMB会显示膜电

阻接近500MC（图中②所示）。在图形显示窗口中可看到两个明显

的大的电容瞬变值（蓝线）。慢时间常数产RsxCm=5.1MQx22pF

=112电容电流瞬变峰值Imax=CmxU/T=22pFx5mV/112ps

=982pAo当Gain为20mV/pA时，将产生19.6V的电压，这个幅度超

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出了放大器测量的范围，Clipping指示灯将提示放大器超载，同时EPC

10软件面板Gain位置上也会出现“Clip”提示（图中③所示）。

3.将C-Slow的Range（图中④所示）选为100pF,在C-slow中拖

动鼠标增大补偿电容的数值（图中⑤所示）以及R-series数值（图中

⑥所不）。因有2个变量需要调节，故慢电容补偿比快电容C・fast补偿

要难些，但通过反复练习，可以看到补偿是如何影响记录电流的，可

找到合适的补偿数值和R-series值。随着补偿数值的增大，可逐渐达

到模型细胞真实的膜电容数值，可看到电容瞬变值逐渐变小并最终消

失（红线）。此外，点击Auto按钮（图中⑦所示）可自动进行膜电容

补偿和计算R-series数值。如果补偿失败，则Auto按钮右面的E框（图

中⑧所示）将变成黑色。重复电点击Auto,可成功补偿，E框就会变

回为正常状态。

注意:膜电容补偿的速度和成功与否取决于C・slow和R-series实际

数值的大小。在进行自动补偿前，这两个数值应该与实际数值接近，

最好比估计的数值高些，以便于补偿。

4.点击CapTrack按钮（图中⑨所示），自动膜电容补偿功能将

以一定间隔重复进行，间隔时间在Delay（图中⑩所示）中设定。若

设定Delay=」ms,计算机CPU频率为L2GHz（如奔IV）,则补偿的

频率为15Hz。如果激活EPC10菜单中的LogTracking功能，CapTrack

的数据结果可连续输出到Notebook窗口中。

EPC10膜片钳放大器的使用

注意：对于膜片钳技术的初学者，最好先用手动重复补偿C-fast

利Pulse♦PulseFit♦回留

File_^ditPulseTreeBuffer_MarksDisplayNotebookEPC10Help

和C-slow,练习一