微电泳法是一种将微量神经递质精确导入神经元附近以观察其生理作用的实验技术。其基本原理是:当外加电流通过含有解离物质溶液的微电极时,电极内的解离物质会从管尖释放出来。若微电极接正极、头皮接负极(外向电流),阳离子物质即从微电极释出。解离物质的释出量与通过的电荷量成正比,常用微电极电流强度来表示释出量。
器材与制备:常用五管或七管微电极,每管尖端直径约1 μm,七管总直径5-8 μm。若充灌小分子物质(如NMDA、Glu),每管尖端直径可为0.5 μm,七管总和3-4 μm,使记录管电阻达5 MΩ-10 MΩ,周边管达40 MΩ-100 MΩ,既能满足电泳要求,又能记录较大电位。若充灌大分子肽类,尖端直径需增大,但一般不超过10 μm,否则易致泄漏且电信号过小。需注意,解离量与电流成正比,但不同微电极或不同物质的实际释出量差异较大且无规律,应将微电泳与整体功能结合才能得出正确结论。
充灌方法:微电极通常充灌高浓度NaCl(4 mol)或KCl(3 mol)以获得高离子浓度和低阻抗。其中一个周边管充以150 mmol/L NaCl作平衡电流,其余根据需要充灌不同溶液。常用充灌方法包括压力法、真空法、酒精法等,最常用的是玻璃纤维法。
充灌液要求:
(1)浓度:为增加传导性并减少噪声,使用较高浓度溶液,使电泳离子具有高浓度和稳定形式。一般微电泳溶液浓度为5-500 mmol/L。对于效能强的化学物质,可用150 mmol/L NaCl作为溶剂,浓度尽量低,以防药物扩散引起生物学效应。
(2)pH值:常用低浓度盐酸或NaOH调整溶剂pH,以增加溶质溶解度和稳定度。对于中性氨基酸等难以离子化的物质,可参考其pKa值调整,使pH = pKa - 1,可使90%氨基酸离子化。一般pH为3.5-4.0。完全不能离子化的物质可用微压力法注射。充灌液必须干净,避免污染。
(3)防止药物漏出:通过持续施加带极性的“迟滞电流”来防止。迟滞电流的极性方向与所要电泳的离子所带电荷相反,使离子向回移动,降低尖端浓度。一般电流大小为10-30 nA,效能强的物质需较大迟滞电流。
(4)注射电流:其大小和持续时间以能产生预期生物学效应为标准。注射电流的极性方向与迟滞电流相反,即与电泳离子所带电荷相同。电泳时需注意:①电流伪迹:大多微电泳仪能自动平衡电流,一般无伪迹,但手工操作时需注意;②电噪声:若药物溶解度和离子化程度低,传导性低,易产生高电噪声,导致泳出率偏离理论值。克服方法:选用尖端较大的电极(约10 μm),或将药物充灌于多个周边管,分别以较小注射电流同时排出,可减少噪声。若药物溶解度和离子化程度高,噪声一般不成问题;③注射电流定量:重复给药时,由于迟滞电流使尖端药物浓度降低,早期排出较少,随后逐渐上升至平台。因此应固定注射电流大小、注射时间(足以使药物释出和反应达平台值)、间隔时间等,实现相对定量。