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我国研制的膜片钳放大器的诞生

李之望^*

华中科技大学同济医学院，武汉 430030

Abstract

1987年初的一天，华中理工学院(华中科技大学的前身)自动控制系康华光教授一行数人，来到位于一江之隔的汉口同济医科大学实验医学研究中心我所在的电生理实验室。康教授对我讲：当前电子学在纯理论研究方面很难有所突破，因此很想与生物医学相结合，希望我能够提供一些探索途径和研究方向。我告诉他：我们实验室所开展的工作主要是在大鼠背根神经节(DRG)进行细胞内记录，这在电生理技术方面难度是较大的；但我最近几次参加国际生理科学大会和国际脑研究会议等所得到的最新信息显示，国外正在发展一种更为先进的膜片钳技术，能够记录到细胞膜的单个离子通道电流。康教授问：为什么我们不能开展此项工作？我回答：目前国内根本没有这种仪器。
事有凑巧，此时正值国际生理科学联合会应中国生理学会之请，派了一个专家小组，带了两台膜片钳放大器到上海，在中国科学院上海生理研究所开办了一个培训班。武汉方面派了同济医科大学的李超英和唐明，以及华中理工学院的周专三名学员前往。有趣的是这三人学习的目的不尽相同：李超英和唐明主要是学习、了解膜片钳的技术和方法；周专的目的就是要弄清膜片钳放大器的结构和工作原理，以及它是否有在国内制造和安装的可能性。周专回来后汇报了情况，认为制作膜片钳放大器有两大关键：一是低噪声；二是宽频带。前者取决于专门的第一级(探头)场效应晶体管的性能，国内尚无生产但可以从国外订购。后者即所谓宽频带其高频部分最多也只有100 kHz，关键是低频端要达到直流，不过这也不成问题。同年10月，康华光教授赴美国参加一个学术讨论会，会后访问了旧金山加州大学生理学系，详细了解了膜片钳技术的基本原理并观看了在EPC-7型仪器上的演示。因此，我们立即写了一份国家自然科学基金申请书，项目题为：“神经细胞膜离子单通道电流的检测与受体控制的研究”，项目负责人为：康华光，李之望。次年该项目被批准(1988.01-1990.12)，但经费仅1万元人民币(当年国家自然科学基金面上项目平均资助强度为3万元)。后来我们才知道，国家自然科学基金委员会对于制作此仪器并不抱多大希望，这1万元权当作风险金拨给我们的。
至此，在华中理工学院自动控制系电子学教研室康华光教授的指导下，制作膜片钳放大器便成为周专的研究生论文的主要课题内容。应用这台自己研制的膜片钳放大器(PC-I型)，在同济医科大学本人的实验室，周专与另一位青年女教师周小萍合作，在DRG细胞上成功地进行了单通道膜片钳记录。
一个人要在事业上有所成就，除了个人努力外，也与机遇有一定关系。周专在1990年博士毕业后，申请到德国格廷根马普生物物理及生物化学研究所做博士后研究，这为他日后应用和发展膜片钳技术以及在膜通道的研究工作奠定了坚实的基础。基于创建膜片钳技术和利用该技术在膜通道研究中的重大贡献，德国格廷根马普生物物理及生物化学研究所的E. Neher和B. Sakmann二人于1991年共同获得诺贝尔生理学与医学奖。E. Neher是一位物理学家，但对电子学也十分精通，膜片放大器就是他研制安装的。因此，当时实验室在仪器方面出了任何问题或故障，大家都要请他去处理。但他成为诺贝尔奖获得者后，人们就不便把他当作技术员使用。此时正好周专顶了E. Neher的这一角色，因为周专是学电子学的而且在国内就已经安装过一台膜片钳放大器。
在与周专制作膜片钳放大器的同时或前后，国内也有两处制作膜片钳放大器，一是中国科学院上海生理研究所，该所制作电子仪器的力量很强，当时也试制过膜片钳放大器，但不知何故后来没有继续做下去。另一处是同济医科大学生理学教研室，也安装过一台膜片钳放大器，后来此仪器一直用于心肌细胞膜片钳实验，不过这只是个例。
在华中科技大学生命科学与技术学院实验研制的基础上，经过不断的改进，目前国内已生产出一系列型号的膜片钳放大器。应用国产膜片钳放大器所进行的各种类型的电压门控和配体门控离子通道的全细胞和单通道记录，可以说能与美国的Axon和德国的EPC产品的记录相媲美。举例来说，我们应用国产膜片钳放大器所做的工作，从1996年到2010年，在国内外知名期刊(如Journal of Physiology，British Journal of Pharmacology，Neuroscience，Brain Research，Hearing Research，Neuroscience Letters，Acta Pharmacologica Sinica等)发表了18篇文章，没有任何一篇文章被审稿人或编辑质疑过关于仪器方面的问题。
我们深切地期望，通过不断的努力，建立起国产仪器设备的过硬品牌，参与国际竞争，为生命科学的发展做出更大贡献。

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Citing This Article：

李之望. 我国研制的膜片钳放大器的诞生. Acta Physiol Sin 2011; 63 (1): 93-94 (in Chinese with English abstract).