电生理技术是通过检测生物组织 / 细胞的电活动（如膜电位、动作电位、离子电流）揭示生理功能与病理机制的核心技术，广泛应用于神经科学、心血管学、细胞生物学等生命科学领域，尤其在神经元功能解析、心律失常机制研究、药物筛选等科研场景中不可或缺。以下从核心原理、分类与技术细节、生物医学应用、实验流程及关键注意事项展开，聚焦科研实用性，提供可落地的技术指南：
一、核心原理
生物组织（如神经元、心肌细胞、肌肉细胞）的细胞膜上存在离子通道（Na?、K?、Ca??等），离子的跨膜流动会产生膜电位变化（静息电位→动作电位），这是细胞信号传递、收缩 / 分泌等功能的基础。电生理技术的核心是通过电极捕获这些微弱电信号（通常为 mV 级电压或 pA 级电流），经放大器放大、滤波器降噪后，由数据采集系统记录并定量分析，从而揭示细胞 / 组织的电活动规律。
二、主要技术分类与核心细节（生物医学常用）
根据检测对象（细胞、组织、整体动物）和技术原理，电生理技术可分为以下几类，重点说明科研中高频使用的技术：
1. 膜片钳技术（Patch Clamp）—— 单细胞水平金标准
核心功能：
检测单个细胞的膜电位、离子通道电流（如钠通道、钾通道、钙通道），定量分析通道的开放 / 关闭特性、药物对通道的调控作用
三、生物医学领域典型应用场景
1. 神经科学研究
神经元功能解析：记录单个神经元的动作电位发放模式、突触传递效率（如 fEPSP 振幅），研究学习记忆（如海马拉米德模型）、神经退行性疾�。ㄈ绨⒍暮Ｄ。┑耐淮スδ芤斐＃�
癫痫机制：体内记录癫痫模型小鼠的脑电活动，捕捉癫痫发作时的棘波放电，筛选抗癫痫药物；
光遗传联合应用：通过光遗传刺激特定神经元群体，同步记录电活动变化，揭示神经环路的连接功能。
2. 心血管研究
心肌细胞电生理：使用膜片钳记录心肌细胞的离子通道电流（如 I_Na、I_Kr），研究心律失常（如长 QT 综合征）的分子机制；
心脏电传导：通过 MEA 技术记录心肌组织的电传导速度，评估心肌梗死、心肌病后的电活动异常；
药物安全性评价：检测药物（如抗心律失常药、化疗药）对心肌离子通道的影响，预测药物诱发的心脏毒性。
3. 细胞生物学与药物筛选
4. 病理机制研究
四、典型实验流程（以膜片钳全细胞模式记录神经元离子电流为例）
1. 实验前准备
样本制备：
动物麻醉（如小鼠戊巴比妥钠腹腔注射），快速取脑并置于冰浴的人工脑脊液（ACSF）中；
用振动切片机切制脑片（厚度 200-300 μm，如海马脑片），在 37℃ ACSF 中孵育 30 分钟复温；
细胞分离（可�。�：若记录单个分散神经元，需用胰酶消化脑片，机械吹打获得单细胞悬液。
设备与试剂准备：
拉制微电极：玻璃毛细管（外径 1.5 mm，内径 0.86 mm）经拉制仪拉制，尖端电阻 5-8 MΩ；
配置电极内液（如含 K?电极内液：140 mM KCl、10 mM HEPES、1 mM MgCl?，pH 7.2）和外液（ACSF：124 mM NaCl、3 mM KCl、2 mM CaCl?、1 mM MgSO?，pH 7.4）；
校准设备：膜片钳放大器调零，显微操作器定位，屏蔽箱内除湿除静电。
2. 实验操作
细胞贴附与封接：
破膜与全细胞模式建立：
信号记录与干预：
数据存储：
3. 数据分析（以 pClamp 为例）
预处理：去除基线漂移、滤波降噪（低通滤波 1 kHz）；
定量分析：测量电流峰值、半最大激活电位（V?/?）、失活时间常数（τ）；
统计对比：药物组与对照组的电流 amplitude 差异（独立样本 t 检验），绘制剂量 - 效应曲线（如 IC??拟合）。
