Auflösung des schnellen Schaltens bei Patch-Clamp Untersuchungen

Kapitel 6: Experimenteller Aufbau und Methoden
6.5 Der Patch-Clamp Verstärker
Der Patch-Clamp-Verstärker besteht aus einem Strom-Spannungswandler, der das
Stromsignal der Pipette mißt und als Spannung ausgibt, und dem Nachverstärker, der das
Signal verstärkt und filtert. Der Strom-Spannungswandler steht stabil und erschütterungsfrei
auf dem Pipettenmanipulator nahe der Meßkammer.
Die Ströme, die die Membran durchfließen, liegen im Bereich einiger Picoampere.
Deshalb muß ein sehr empfindlicher Strom-Spannungskonverter mit hoher Bandbreite benutzt
werden. Eines der Standardgeräte ist der L/M-EPC7 (List, Darmstadt) mit einer Bandbreite
von 100 kHz und bei einem Rückkopplungswiderstand Rf von 10 GΩ.
In Fig. 6.3 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Patchverstärkers dargestellt. Der OP regelt
den Unterschied zwischen Upip und Usoll auf Null. Das geschieht so, daß die Differenz der
Eingangsspannungen extrem verstärkt wird. Es entsteht zwischen Punkt 1 und Punkt 2 ein
Spannungsunterschied, so daß durch Rf ein Strom mit einer Spannung von Uf = Rf I fließt.
Dieser Strom fließt in der Pipette und nicht in den OPA (OPA hat einen unendlich hohen
Eingangswiderstand). Der Strom ändert das Potential an Punkt 1 (Upip), bis die
Eingangsspannungen gleich sind. Die Spannung am Punkt 1 ist gleich der Pipetten- bzw.
Membranspannung, da der Spannungsabfall über der Pipette vernachlässigt wird. Die
Abweichung zwischen der Pipettenspannung und der Sollspannung wird ausgeglichen. Die
Spannung über Rf ist proportional zum Strom in der Pipette. Usoll wird vom zweiten
Operationsverstärker abgezogen. Das Signal geht von dort zum Nachverstärker.
Der Stromspannungswandler verursacht Rauschen, das im Allgemeinen aber keine Rolle
spielt, da der entscheidene Beitrag des Rauschens durch die Pipette (Keunecke, 1995)
entsteht.
Fig. 6.3: Vereinfachtes Schaltbild eines Patch-Clamp-Verstärkers.
Das Signal wird vom Verstärker zu einem 8-poliges Besselfilter außerhalb des Faraday-
Käfigs weitergeleitet. Es dient als Anti-Aliasingfilter für die Datenerfassung. Der digitale
Besselfilter wird mit einer ±5 V Rechteckspannung getaktet (Albertsen, 1992). Die
Abknickfrequenz ist 1/65 der Taktfrequenz. Sie betrug bei dieser Messung 25 kHz. Das
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