Kỹ thuật kẹp miếng là tên gọi của một kỹ thuật đo điện sinh lý. Nó cho phép đo dòng ion qua các kênh riêng lẻ trong màng sinh chất.
Kỹ thuật vá-kẹp là gì?
Kỹ thuật kẹp miếng vá hoặc phương pháp kẹp miếng dán thuộc về điện sinh lý học, là một nhánh của sinh lý học thần kinh xử lý sự truyền điện hóa của các tín hiệu trong hệ thần kinh. Với sự hỗ trợ của phương pháp này, có thể hình dung các kênh ion riêng lẻ trong màng tế bào của một tế bào cơ thể. Điều này liên quan đến việc đo dòng điện của một vài picoampe. Kỹ thuật kẹp miếng dán lần đầu tiên được mô tả vào năm 1976 bởi nhà lý sinh người Đức Erwin Neher và bác sĩ người Đức Bert Sakmann. Hai nhà khoa học này đã được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1991 cho sự phát triển của kỹ thuật kẹp miếng dán. Do đó, nghiên cứu điện sinh lý gần như đã được cách mạng hóa bởi kỹ thuật kẹp miếng vì nó mở ra khả năng quan sát hành vi điện tại màng protein của cá nhân phân tử. Thuật ngữ vá bắt nguồn từ tiếng Anh và có nghĩa là "bản vá". Nó đề cập đến một phần màng nhỏ bên dưới pipet vá, được sử dụng như một điện cực đo. Trong quá trình đo, miếng dán màng được cố định hoặc kẹp (để kẹp) vào các điện thế xác định.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Kỹ thuật kẹp miếng dán là một phương pháp phân tích điện sinh lý. Nó dựa trên thực tế sinh học rằng các tế bào có một số lượng lớn các lỗ chân lông và các kênh ion. Nồng độ hoặc điện tích ion khác nhau xảy ra bên trong và bên ngoài mỗi tế bào, điều này phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của tế bào. Lớp kép lipid của màng không thấm vào nước phân tử cũng như các ion. Tuy nhiên, sự trao đổi các hạt tích điện diễn ra trên màng tế bào ở những khoảng thời gian không đều đặn. Lý do cho điều này là sự phụ thuộc điện áp của các kênh ion. Nếu đạt đến một điện thế màng nhất định, các kênh được mở theo nguyên tắc “tất cả hoặc không có gì”. Đây chính xác là nơi xuất hiện của kỹ thuật kẹp miếng vá. Bằng cách này, một pipet đo được nâng cao đến kênh ion mà không thâm nhập vào màng tế bào. Bằng cách này, tiềm năng điện cục bộ có thể được xác định chính xác. Dòng rò rỉ, có thể ảnh hưởng đến kết quả của phép đo, thường có thể tránh được bằng các kết nối điện cực kỳ chặt chẽ giữa mép pipet và màng tế bào. Phương pháp kẹp bản vá dựa trên kỹ thuật kẹp điện áp. Kỹ thuật này được phát triển vào những năm 1930 bởi nhà lý sinh người Mỹ Kenneth Stewart Cole (1900-1984) để đo dòng điện trên các tế bào thần kinh còn nguyên vẹn. Trong kẹp điện áp, việc đưa hai điện cực vào một tế bào diễn ra để cung cấp lệnh hoặc điện áp giữ. Đồng thời, một điện cực khác được sử dụng để ghi lại các dòng điện xảy ra qua màng. Nếu các nhà sinh lý học thần kinh muốn biết về dòng điện chạy qua các khu vực cụ thể của một tế bào thần kinh màng, họ sử dụng kỹ thuật kẹp miếng vá. Để làm điều này, họ sử dụng một pipet thủy tinh nhỏ đặt ở bên ngoài phòng giam. Áp suất âm có thể được tạo ra bằng cách hút nó với sự trợ giúp của một ống tiêm dưới da. Quy trình này làm cho màng hơi phồng lên tại vị trí tương ứng. Áp suất âm đảm bảo rằng thủy tinh được gắn vào màng. Điều này dẫn đến sự cô lập về điện của điểm màng nhỏ trong pipet với phần còn lại của màng. Để đo dòng điện, các nhà sinh lý học thần kinh sử dụng một bộ khuếch đại kẹp miếng dán. Đây là một thiết bị đo đặc biệt. Trong trường hợp lý tưởng, nhà khoa học có thể sử dụng thiết bị để thu được thông tin về đặc tính điện của các kênh ion riêng lẻ. Các kênh ion điều chỉnh, ví dụ, dòng vào và dòng ra của natri các ion mang điện tích dương trong các tế bào thần kinh. Cuộc điều tra diễn ra trên các tế bào của người, thực vật hoặc động vật. Phương pháp kẹp bản vá thường được thực hiện tại một trạm đo bao gồm các thiết bị khác nhau. Trên bàn đo chống rung có một cái gọi là lồng Faraday, dùng như một tấm chắn điện. Hơn nữa, một kính hiển vi quang học bao gồm một bộ điều khiển vi mô có sẵn để đưa pipet vá vào vị trí. Ngoài ra, giá đỡ pipet có kết nối với bộ tiền khuếch đại, trong khi giá giữ mẫu được kết nối với điện cực bể. Bộ khuếch đại kẹp vá có chức năng khuếch đại tín hiệu tiền khuếch đại. Một màn hình cũng được cung cấp để quan sát DUT cũng như pipet vá. Trong hầu hết các trường hợp, một máy tính và một số thiết bị lưu trữ dữ liệu cũng có sẵn trên bàn đo để có thể ghi số.
Rủi ro, tác dụng phụ và nguy cơ
Không có rủi ro nào liên quan đến kỹ thuật kẹp miếng vá. Ví dụ, tế bào từ người, động vật hoặc thực vật không được kiểm tra cho đến khi chúng được loại bỏ. Sự tiếp cận không hạn chế đến màng tế bào bên ngoài hiếm khi tồn tại. Vì lý do này, thường cần chuẩn bị các tế bào cho phương pháp kẹp miếng. Sau khi làm đầy pipet vá, nó được kẹp trong bộ vi xử lý. Điều này được kết nối với bộ khuếch đại kẹp miếng vá và nhẹ nhàng ấn vào một tế bào còn nguyên vẹn. Quá trình này có thể được theo dõi bằng màn hình hoặc kính hiển vi. Bên dưới pipet có một miếng màng được gọi là miếng màng. Áp suất âm nhẹ được tạo ra ở đầu sau của pipet giúp kết nối chặt chẽ giữa pipet và màng. Quá trình này dẫn đến việc tạo ra một điện trở giữa dung dịch bên ngoài và bên trong pipet là vài gigaohms. Các nhà khoa học cũng gọi đây là "gigaseal", cho phép đạt được cấu hình gắn liền với tế bào của phương pháp kẹp miếng vá. Dòng điện chạy qua kênh ion trong miếng dán cũng chạy qua các chất bên trong pipet do điện trở gigaseal cao. Một điện cực kết nối với bộ khuếch đại được ngâm trong dung dịch của pipet, cho phép đo hoạt động của các kênh ion riêng lẻ trong màng vá.
