電生理學技術概述
許多動物和植物組織都具有電特性，可以用電極進行測量。電生理學可用於研究感覺器官、肌肉（特別是心臟）、內分泌系統的細胞和中樞神經系統。電壓變化或電流的記錄可以量測從離子通道蛋白到整個器官的任何東西。這些方法廣泛用於研究離子通道，而離子通道已成為藥物發現的重要目標。離子通道在神經和肌肉功能中扮演重要角色。調節離子通道的藥物已在治療領域進行研究，如神經性疼痛、心律失常、高血壓、局部麻醉、中風、帕金森氏症、肥胖症、癲癇、糖尿病和憂鬱症。
細胞外記錄還可以使用單元記錄等技術進行，單元記錄是一種用於測量動物大腦內單一神經元活動的方法。腦片也可用於研究神經元和局部腦回路的電生理。在這種情況下，必須使用人工腦脊液 (ACSF)，以保持它們的活力。
經典的電生理學技術包括將電極置入細胞或生物組織中。在光學電生理學中，使用電壓敏感染料和螢光蛋白，可以在不破壞所研究組織的情況下測量電位變化。
細胞內記錄技術
電生理學中有多種技術可用於細胞內記錄，例如
- 電壓鉗: 電壓鉗用於測量跨細胞膜的離子電流，同時將膜電壓保持在恆定水平。
- 電流鉗: 電流鉗透過記錄電極（通常是尖銳的微吸管）向細胞注入電流，記錄細胞膜上的電壓差。
- 膜片鉗： 與傳統的細胞內記錄不同，膜片鉗使用相對較大的微電極，放置在細胞旁邊。在移液管覆蓋的小範圍薄膜上施加溫和的吸力。這項技術可研究細胞中的單一或多個離子通道，並常用於研究藥物的作用機制。
這些方法有許多變化。某些技術提供比傳統技術更高的產量，例如平面膜片鉗技術（不是將移液器定位在黏附的細胞上，而是將細胞懸液移液到含有微結構孔的晶片上）。 此外，自動化電生理學平台的發展加快了進行資訊豐富的檢驗的能力和速度。
水質對電生理分析的影響
使用電生理技術（例如膜片鉗記錄）時，所有與細胞接觸的溶液和設備都必須是無菌且純度最高的。水是用來沖洗和製備緩衝溶液，用來模擬細胞習慣的生理條件（在培養細胞的情況下是細胞培養介質）。細胞外溶液 (ECS) 用來沐浴細胞，而細胞內溶液 (ICS) 則用來填充移液管。
如果使用腦切片，則使用人工腦脊液 (ACSF) 或類似溶液來模擬體內條件。此溶液用於準備腦片和在實驗期間灌注腦片。它也可以在膜片鉗測量期間用作細胞外溶液。ACSF 溶液必須新鮮製備，pH 值、滲透壓和離子成分也必須小心控制。1
超純水也可用於清洗和沖洗蓋玻片，然後再用來培養神經細胞。2
應避免以下水污染物：
- 離子：由於必須小心控制電生理檢驗中使用的所有溶液的滲透壓，因此用來製備溶液的水應盡可能含有最低量的離子。此外，許多離子通道對離子很敏感，尤其是陽離子，因此應加以控制。電阻率為 18.2 MΩ.cm 的水可確保水中的離子物質濃度非常低。
- 重金屬：重金屬也可能影響細胞功能。此外，許多離子通道對重金屬敏感，尤其是鈣通道。因此，用於離子通道研究的水必須不含重金屬。
- 細菌和內毒素：細菌會釋放多種離子和有機化合物到溶液中。細菌污染也會造成 pH 值的突然變化。此外，大多數的革蘭氏陰性細菌會釋放內毒素，一種複合的脂多醣 (LPS)。具有熱原特性的內毒素可能會導致細胞生長和功能的改變。使用超濾可確保水不含內毒素和細菌。
- 有機化合物：小分子有機化合物通常存在於原水供應中（腐殖酸、單寧酸、殺蟲劑、內分泌干擾物等），並可能殘留在自來水中，然後經過淨化後生成實驗用水。這些有機分子可能會影響細胞功能和實驗結果。
為電生理學選擇最佳實驗用水溶液
新鮮淨化的超純水建議用於電泳實驗。18.2 MΩ.cm 的電阻率可確保所有離子物質的濃度都非常低，而低總氧化碳 (TOC) 值 (<5 ppb) 則可確保水中不存在有機分子。 在淨水系統的使用點使用超濾筒 (Biopak® polisher)，可消除細菌和內毒素污染的風險。
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參考資料
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