纳安级火花与火焰抛光玻璃微吸管:内尔与萨克曼膜片钳的高阻吉欧封接
1976 年 4月29日 · 垂直微电极拉制仪拉制的抛光硬质硼硅酸盐玻璃毛细吸管(微米级尖端)、高阻吉欧封接(Gigaseal)与压电微操纵器
你知道吗?
用一根烧红抛光的玻璃尖刺封住一微米的脂膜,生命就在纳秒与皮安之间发出了清晰的 0 与 1 节拍。
在神经生物学与生物物理学界,霍奇金与赫胥黎通过乌贼巨轴突电压钳证实了动作电位的离子假说,但人们关于离子通道究竟是真实存在的分散纳米孔道、还是整张膜协同载体假说的争论从未停歇。因为在宏观记录中,数以亿计的通道同时开闭,背景热噪声轻易吞噬了单个分子的信号。
1976年德国哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所的埃尔温·内尔(Erwin Neher)与贝尔特·萨克曼(Bert Sakmann)发起了一场实验物理极限挑战。他们使用精密微电极拉制仪将硼硅酸盐玻璃毛细管拉制出尖端开口仅有1微米的外口,并在显微镜下用灼热的铂金微丝对其进行微火焰抛光以消除任何粗糙毛刺。
在防震气浮台上,借助压电微操纵器将吸管轻轻压触去神经支配的青蛙肌纤维表面,并通过吸管施加微弱负压。当玻璃边缘与细胞质膜外层的磷脂分子形成超过10^9欧姆(1 Gigaohm)的极高机械绝缘紧密贴合——即著名的“吉欧封接”(Gigaseal)时,漏电流噪声暴降千倍!
施加乙酰胆碱后,高灵敏低噪声放大器示波器上跳出了平整得如同计算机二进制方波脉冲的阶跃电流:仅有几皮安(pA)幅度的通道开放与瞬间关闭。