ALA HSPC-2-SB高速压力钳系统

一、简介 

HSPC（High Speed Pressure Clamp）压力钳设备为美国ALA公司产品，可以输出精确的正压（Pressure）和负压（Vacuum），诱发离子通道开放，主要用于： 

（1） 机械敏感性离子通道（Mechanosensitive ion channels）的膜片钳技术实验研究。 

注：机械敏感性离子通道（Mechanosensitive channels, MS）是一类感受细胞膜表面张力变化的离子通道，可将细胞外的牵张、摩擦力、压力、重力、剪切力以及渗透压变化等信息转化为电化学信号传入细胞。其种类繁多，遍布于各种细胞膜上，多分布在血管内皮细胞、内耳毛细胞、心肌细胞、感受器等细胞膜上，参与多种细胞功能（如渗透压调节、体积调节、细胞运动调节、生长、听觉、平衡控制、触摸、疼痛等）和多种疾病的发生（如房颤、心脏肥大、多囊性肾病、肌肉萎缩等）。 

（2） 尤其是内耳毛细胞（Inner ear hair cell）离子通道的膜片钳技术实验研究。 

（3） 在膜片钳实验中进行细胞封接。封接前给予的正压（为防止电极尖端污染堵塞）以及封接时给予的负压可精确控制。 

 

HSPC-1型压力钳系统包括如下成分： 

（1）HSPC-1主控机 （2）HSPC-1探头 

（3）PV-PUMP压力泵 （4）通用电源（+18V DC） 

（5）电源线 （6）DB-9信号线（3 m长） 

（7）厚壁硅胶管（0.3 m长） （8）20 μm孔滤器2个 

（9）一套PVC管（内径1/16，3 m长），配备有Luer接头（公头）和接口（母头） 

（10）说明书 

HSPC-1型压力钳系统具有如下特点： 

 探头小巧，可放置在膜片钳放大器探头附近，缩短压力管道，使输出的压力更精确。 

 探头含有湿度感受器，可防止液体进入探头控制阀门，从而保护了探头。 

 与所有的膜片钳系统硬件/软件兼容。 

 可改善所建立的全细胞记录模式的持续稳定性。 

 

二、前后面板 

（一）前面板（图2-1） 

（1）SET POINT旋钮：人工设置压力输出以及在压力输出前人工调零。 

（2）MODE按钮：该按钮用于选择手工控制模式（MUNAUL）还是外部控制模式 （EXTERNAL）。选择MUNAUL时，使用SET POINT旋钮设置压力输出；选择EXTRN时，由仪器后面板输入的命令电压设置压力输出。选择EXTRN时，SET POINT旋钮失效；而选择MANUAL时，SET POINT旋钮与外部命令可同时发挥功能。 

（3）ZERO按钮：记录前对压力自动调零（0 mmHg）。 

（4）ALARM按钮：有两个功能：（1）当有液体进入探头时，Alarm被激活，探头将输出一个+100 mmHg的正压，以去除液体。表现为压力显示屏闪烁显示如下信息“Alarm Check Electrode”。按下ALARM按钮可解除警报。（2）阀门清洁功能。只要持续按下该按钮，探头可持续输出+100 mmHg正压给阀门，直到松开按钮为止。 

图2-1. HSPC-1型压力钳前面板 

（5）压力显示屏：打开电源后，屏幕即亮，显示仪器处于的MODE和探头输出的压力情况（图2-2）。 

 SET POINT：SET POINT旋钮设置的压力数值。 

 Actual：探头输出的实际压力数值。 

 Bar graph：用水平箭头描绘压力大小与方向（正压还是负压）。屏幕显示压力全程范围（+/- 200 mmHg）。PURGE表示“清除”。 

 Source：显示压力输出的MODE状态，即MANUAL 或EXTRN。 

图2-2. HSPC-1型压力钳压力显示屏 

（二）后面板（图2-3） 

（1）Main Power Switch：电源开关。 

（2）Fuse：保险丝盒。保险丝规格：5 x 20 mm 0.5 Amp 250V，缓熔。 

（3）Input power：电源插口。 

（4）Headstage：探头插口。 

（5）Monitor：通过标准BNC线，将压力数值输出给监视器和/或数模/模数转换器，后者再输出给软件（模拟输出，20 mV/mmHg），用于显示或记录测量的压力。 

（6）Command：通过标准BNC线，将来自于信号发生器或膜片钳采集软件的压力命令输入给压力钳（模拟输入，20 mV/mmHg）。 

图2-3. HSPC-1型压力钳后面板 

 

三、探头（图2-4） 

 

图2-4. HSPC-1型压力钳探头 

（H1）OUTPUT：Luer接口（绿色），通过硅胶管连接电极夹持器侧孔。 

（H2）DB-9 connector：连接主控机。 

（H3）PRESSURE IN：Luer接口（蓝色）。正压输入口，最大正压+350 mmHg。 

（H4）VACUUM IN：Luer接口（黄色）。负压输入口，最大负压-350 mmHg。 

探头内的压电阀门，在正常使用时其寿命很长，但如果尽量注意其防尘、防湿，可延长其寿命，例如，在更换玻璃电极时，可用SET POINT设置一个+10 mmHg的正压。

 

四、PV-PUMP 压力泵 

PV-PUMP 压力泵（图2-5）利用室内空气，提供压力源给HSPC-1 探头。它含两个无油压力泵，分别提供正负压。实验时，虽然可能只需要负压，但正负压都要打开。 

滑轨侧面有紧急压力释放钮，以防压力超出极限设置。输入电压110/220 VAC，最大输出压力 +/ 6.5 psi / 336 mmHg / 448 mbar。 

                                    图2-5. PV-PUMP 压力泵 

 

五、仪器连线与放置 

（一）仪器连线 

（1）连接主控机电源线。 

（2）主控机后面板Command 连接数模/模数转换器（如Digidata 1440A），后者接受采集软件（如pClamp）输出的压力命令。注意，压力命令频率不能超过5 KHz，否则探头的压力输出速度无法跟上。 

（3）主控机后面板Monitor 连接数模/模数转换器（如Digidata 1440A），后者输出给采集软件（如pClamp）采集压力信号。 

（4）探头OUTPUT（H1，绿色）通过硅胶管（10 cm 长）与电极夹持器侧孔连接。注意，一般情况下，多采用手工给予负压进行封接，而采用压力钳给予负压打开离子通道。因此，在探头的连接上，需要用三通阀来切换，具体连接见图2-6 示意图。 

膜片钳放大器探头 

电极夹持器 

电极 

三通阀1 

压力钳探头 

三通阀2 

5 ml注射器 

图2-6. 压力钳探头的连接 

（5）探头PRESSURE IN（H3，蓝色）通过PVC 管与压力泵正压输出口连接。 

（6）探头VACUUM IN（H4，黄色）通过PVC 管与压力泵负压输出口连接。 

（7）探头DB-9 插口（H2）与主控机后面板HEADSTAGE 连接。 

（二）仪器放置 

（1）探头要尽可能放置在电极夹持器附近，便于连接10 cm 硅胶管（采用10 cm 的短管是为了获得压力的高精确度）。但探头不需要捆绑在显微镜或防震台上。 

（2）HSPC-1 系统的其他设备（主控机、压力泵）要放置在屏蔽网外。 

 

六、HSPC-1 压力钳的使用 

（一）初始调零 

将玻璃电极充灌好电极内液，插入电极夹持器，开启HSPC-1 主控机和PV-PUMP 压力泵电源。 

（1）电源开启后，HSPC-1 会自动调零。

                                        图2-7. HSPC-1 开机后的自动调零 

（2）若设备没有自动调零，按下ZERO 按钮进行调零。 

（3）屏幕将闪烁显示ON，表示ZERO 功能正在运行（图2-7）。 

（4）ZERO 功能执行完毕后，显示的压力将为0 mmHg（图2-8）。此时，HSPC-1 可以接受外部电压命令（20mV/mmHg 压力命令，来自采集软件或刺激器），或手工调节SET POINT 旋钮，设置施加给玻璃电极的压力值。 

                               图2-8. ZERO 功能结束后压力显示为0 mmHg 

（二）SET POINT 调节 

观察电极尖端情况，如果电极尖端有液体流出/流入，表明有正压/负压存在，需要逆/ 顺时针调节 SET POINT，使电极尖端没有液体流出/流入。此时压力显示屏左上角将显示SET POINT 调节的数值。按ZERO 钮，使屏幕SET POINT 和实际压力数值调为零。注意： 

（1）顺时针旋转SET POINT 旋钮使压力向正压方向调节，逆时针旋转则向负压方向调节； 

（2）不要快速调节SET POINT 旋钮，否则屏幕显示可能跟不上速度； 

（3）SET POINT 在第一次调好后，一般不必再改动。 

（三）形成细胞贴附式和全细胞记录模式 

玻璃电极入液前要给一个正压，并在下插电极时一直维持，这样可防止电极尖端被液体中杂质阻塞。如果使用命令发生器（如刺激器）产生命令电压，可使用SET POINT 施加正压。如果使用软件，如pClamp (MDC)、CellWorks (npi electronic)或PatchMaster (HEKA Electronic)，则可在软件中设置。 

当玻璃电极接触细胞时，通过HSPC-1 给予负压形成细胞贴附式记录模式，进一步可形成全细胞记录模式。 

（四）施加压力钳Protocol 

如果使用软件给予压力，则可在软件中设置好Protocol，然后执行给细胞膜。 

（五）探头湿度警报 

当液体进入探头（如玻璃电极尖端折断时），探头内部的湿度感受器电路将启动如下保护措施，防止压电阀门的损伤：命令电压失效，有100 mmHg 的正压将通过阀门到玻璃电极，同时主控机屏幕显示“Alarm check electrode”信息（图2-9）。 

出现湿度警报时，要停止实验，查找原因并仔细擦干电极夹持器、连接压力探头的管子。问题处理后，按下ALARM 按钮将清除警报状态、恢复HSPC-1 的正常状态。 

注意：虽然ALARM 功能是用于检测探头是否进液，可使液体被阻止，但蒸汽可进入探头。所以一定要注意玻璃电极尖端，当其折断时，一定不要给负压！ 

                                              图2-9. ALARM 报警信息 

七、HSPC-1 压力钳技术参数及测试 

（一）技术参数 

正压/负压最大输入： +/-6.5 psi/336 mmHg/448 mbar 

正压/负压标准输出范围： +/- 350 mmHg 

电源： 18V DC 

反应速度： 0-100 mmHg增幅，约需15 ms（10-90%上升/下降时间） 

命令输入： 20 mV/mmHg 

监视器输出： 20 mV mmHg 

SET POINT设置范围： +/-200 mmHg 

（二）技术参数的测试 

Pressure is from 0 to -100 mmHg 

For this sample: 

Fall time=11.5 ms 

Overdamped response=8 mmHg 

General: 

Fall time=10-20 ms 

Overdamped response=6-10 mmHg 

Clampex Command (mV) (File name: 2005-10-14-0001.abf) 

Pressure (mmHg) 

         图2-10. HSPC-1型压力钳反应速度与超射幅度的测试（1） 

Clampex Command (mV) (File name: 2005-10-14-0001.abf) 

Pressure is from -100 to 0 mmHg 

For this sample: 

Rise time=19.5 ms 

No overdamped response 

General: 

Rise time=10-20 ms 

Overdamped response=3-10 mmHg 

Pressure (mmHg) 

图2-11. HSPC-1型压力钳反应速度与超射幅度的测试（2） 

图2-12. 用HSPC-1型压力钳测试不同压力下通道开放情况