細胞生物學的研究技術主要介紹4種生物學研究技術一、膜片鉗技術（patchclamptechnique）二、電鏡酶化學技術（enzymecytochemistrytechnique）三、單細胞凝膠電泳技術（singlecellgel-electrophoresistechnique）四、虛擬細胞（virtualcell）一、膜片鉗技術(patchclamprecordingtechnique)1976年德國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann創建了膜片鉗技術（patchclamprecordingtechnique）。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術。它和基因克隆技術（genecloning）并架齊驅，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。這一偉大的貢獻，使Neher和Sakmann獲得1991年度的諾貝爾生理學與醫學獎。NeherSakmann膜片鉗技術的發展歷史1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時，記錄到ACh激活的單通道離子電流，從而產生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內施加5-50cmH2O的負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），大大降低了記錄時的噪聲實現了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術進行了改進，引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術，從而使該技術更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻，榮獲1991年諾貝爾醫學和生理學獎膜片鉗技術的應用膜片鉗技術發展至今，已經成為現代細胞電生理的常規方法，它不僅可以作為基礎生物醫學研究的工具，而且直接或間接為臨床醫學研究服務。目前膜片鉗技術廣泛應用于神經（腦）科學、心血管科學、藥理學、細胞生物學、病理生理學、中醫藥學、植物細胞生理學、運動生理等多學科領域研究。

應用舉例(1).膜片鉗技術在通道研究中的重要作用應用膜片鉗技術可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區分離子通道的離子選擇性、同時可發現新的離子通道及亞型，并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上進一步計算出細胞膜上的通道數和開放概率，還可以用以研究某些胞內或胞外物質對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于離子通道分子結構與生物學功能關系的研究。利用膜片鉗技術還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術通過記錄煙堿誘發電流，可直觀地反映出神經元煙堿受體活動的全過程，包括受體與其激動劑和拮抗劑的親和力，離子通道開放、關閉的動力學特征及受體的失敏等活動。使用膜片鉗全細胞記錄技術觀察拮抗劑對煙堿受體激動劑量效曲線的影響，來確定其作用的動力學特征。然后根據分析拮抗劑對受體失敏的影響，拮抗劑的作用是否有電壓依賴性、使用依賴性等特點，可從功能上區分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點，即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點，離子通道抑或是其它的變構位點上。(2).與藥物作用有關的心肌離子通道心肌細胞通過各種離子通道對膜電位和動作電位穩態的維持而保持正常的功能。近年來，國外學者在人類心肌細胞離子通道特性的研究中取得了許多進展，使得心肌藥理學實驗由動物細胞模型向人心肌細胞成為可能。(3).對離子通道生理與病理情況下作用機制的研究通過對各種生理或病理情況下細胞膜某種離子通道特性的研究，了解該離子的生理意義及其在疾病過程中的作用機制。如對鈣離子在腦缺血神經細胞損害中作用機制的研究表明，缺血性腦損害過程中，Ca2+介導現象起非常重要的作用，缺血缺氧使Ca2+通道開放，過多的Ca2+進入細胞內就出現Ca2+超載，導致神經元及細胞膜損害，膜轉運功能障礙，嚴重的可使神經元壞死(4).在心血管藥理研究中的應用隨著膜片鉗技術在心血管方面的廣泛應用，對血管疾病和藥物作用的認識不僅得到了不斷更新，而且在其病因學與藥理學方面還形成了許多新的觀點。正如諾貝爾基金會在頒獎時所說：“Neher和Sadmann的貢獻有利于了解不同疾病機理，為研制新的更為特效的藥物開辟了道路”三、電鏡酶細胞化學技術（enzymecytochemistrytechnique）

酶存在的特定位置稱為酶的定位，酶的細胞化學技術就是通過酶的特異性細胞化學反應來顯示酶在細胞內的定位，對于酶的細胞化學來說，酶的特異性是很重要的。電鏡酶化學技術是在光鏡細胞化學的基礎上發展起來的新的一門技術，到目前為止，能在電鏡下定位的酶有100多種，主要通過酶的活性作用結果間接的證明酶的存在。一般先將酶固定在細胞內，再使它與特定的底物反應，底物的分解物經過捕捉反應沉著于發生分解的原位上，最后使沉著物變為在電鏡下可以看到的物質。在整個處理過程中必須保存酶的活性不受破壞。目前能在電鏡下定位的酶有三大類即水解酶、氧化酶和轉移酶。光鏡免疫金銀細胞化學原理示意圖（一）水解酶水解酶可分為五類即磷酸酶類、脂酶類、芳香基硫酸酯酶類、糖苷酶類以及作用于肽鍵酶類。水解酶是催化水解的酶類，在超微結構水平上顯示酶的細胞化學方法都是以孵育階段為中心，孵育液中一般都有酶的反應底物和捕捉劑，反應的基本原理可分為兩個步驟：1底物經過酶的分解形成初級反應產物；2初級反應產物和相應的捕捉劑形成一種不溶性的化合物稱為最終反應產物，這些最終反應產物是一些不溶性重金屬沉淀物（如鉛、銅、鋇等），在電鏡下容易被檢出。一般來說這些沉淀物在細胞的位置就代表了酶促反應的位置。（二）氧化還原酶氧化還原酶可分為氧化酶和脫氫酶兩種。在氧化酶細胞化學反應中含有兩個即分開又緊密聯系的底物，一個是生理底物如氧或過氧化氫；另一個是捕捉底物，通常是四鹽酸3，3’二氨基聯苯胺（DAB）。DAB很容易氧化，經過一系列的化學變化生成強嗜鋨性的聚合物，在經鋨酸固定就形成了鋨黑。脫氫酶常用在捕捉劑為鐵氰化物，它在酶的作用下被還原為亞鐵氰化物，在銅離子的存在下進一步形成高度不溶的亞鐵氰化銅沉淀。四、虛擬細胞虛擬細胞就是運用計算機信息科學的原理和技術，通過數學計算和分析，對細胞的結構和功能進行分析、整合和應用，以模擬和再現細胞和生命現象的一門新興技術。因此，虛擬細胞亦稱人工細胞或人工生命。它具有系統性、模擬性、直觀性、學科交叉性、無污染、無干擾性、可重復性、高度可操作性和實驗的周期短等特點。虛擬細胞動畫收藏吧/animations/虛擬細胞軟件網站/cmbidata/vcell/default.htm/

日本

KAIST研究小組開發出虛擬細胞研究虛擬細胞的意義在科學研究方面:采用虛擬細胞可代替或輔助真實細胞進行各種科學研究?？蓪崿F實際實驗中很難實現的條件,預測試驗的結果,發現一些在真實細胞實驗很難觀察到的現象和規律,再加以驗證。可以設定各種復雜的實驗條件,進行全方面的干預、簡化實驗操作、節約實驗材料和時間。因此,虛擬細胞亦是芯片上的生物實驗室和研究所。美國的虛擬細胞研究平臺框架結構在疾病防治方面:建立正常和病理的虛擬細胞模型,不僅可以虛擬細胞的發生、活動和調節的生理機制,而且可以了解和揭示疾病發病過程,尋找到致病分子和標記分子,進行疾病的預警診斷,提出防治和干預措施,設計和試驗新藥物,建立新的醫療保健模式———“電子醫生”,發展新的生物高技術產業。在社會公共衛生方面：通過虛擬細胞可以模擬營養、藥物、毒物對細胞的作用,因此可以作為醫學營養學和食品衛生學研