離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應(yīng)用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態(tài)下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發(fā)時，雖然細胞的膜電導(dǎo)大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了電壓鉗位（voltageclamptechnique）技術(shù)脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點，形成了細胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。腦片膜片鉗技術(shù)
膜片鉗技術(shù)是由諾貝爾獎獲得者Neher和Sakmann于1976年發(fā)展起來的一種記錄細胞膜離子通道電生理活動的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用連接了細胞水平和分子水平的生理學研究，已成為現(xiàn)代細胞電生理學研究的常規(guī)方法。它廣泛應(yīng)用于生物學、生理學、病理學、藥理學、神經(jīng)科學、植物和微生物學，并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術(shù)點燃了細胞和分子水平生理學研究的**之火，并與基因克隆技術(shù)并駕齊驅(qū)，給生命科學研究帶來了巨大的推動力。鈣成像技術(shù)***用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌和各種細胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元和心肌的活動。這些技術(shù)是人們觀察神經(jīng)和各種細胞活動的直接手段，現(xiàn)已發(fā)展成為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金鼓勵申報的重要領(lǐng)域。美國高通量全自動膜片鉗電生理技術(shù)借助膜片鉗技術(shù)，開啟細胞膜離子通道的高精度研究之旅！
離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應(yīng)的通道跨膜擴散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態(tài)下，對相應(yīng)離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關(guān)閉狀態(tài)，而且只有在經(jīng)過一個額外刺激使通道從失活關(guān)閉狀態(tài)進入靜息關(guān)閉狀態(tài)后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細胞生物電現(xiàn)象，與細胞興奮性相關(guān)。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關(guān)，某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結(jié)果，稱為離子通道病（ionchannelpathies）。
膜片鉗技術(shù)的創(chuàng)立取代了電壓鉗技術(shù)，是細胞電生理研究的一個飛躍，使得離子通道的研究，從宏觀深入到微觀，使昔日的“肉湯生理學(brothphysiology)”與“閃電生理學(lightningphysiology)”在分子水平上結(jié)合起來，使人們對膜通道的認識耳目一新。當前，生理學、生物物理學、生物化學、分子生物學和藥理學等多種學科正在把膜片鉗技術(shù)和膜通道蛋白重組技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)和光譜技術(shù)等非電生理技術(shù)結(jié)合起來，協(xié)同對離子通道進行較全的研究。不少實驗室已經(jīng)將基因工程與膜片鉗技術(shù)結(jié)合起來，把通道蛋白有目的地重組于人工膜中進行研究。設(shè)想將合成的通道蛋白分子接種入機體以替換有缺陷和異常的通道的功能而達到的目的。封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。
對電極持續(xù)施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時增益不宜設(shè)得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內(nèi)液之間離子成分的差異造成了液結(jié)電位，故一般電極剛?cè)胨畷r測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設(shè)置為0mV，并調(diào)節(jié)“電極失調(diào)控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細胞，當電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內(nèi)稍加負壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封接。一般當Rm達到100MΩ左右時，電極前列施加輕微負電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦，使電極超極化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。為證實GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外，電流波形仍呈平坦狀。一些學者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。美國多通道膜片鉗電生理技術(shù)
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高阻封接問題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。(1)細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)加熱拋光的微管電極置于清潔的細胞膜表面上，形成高阻封接，在細胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過微管電極對膜片進行電壓鉗制，分辨測量膜電流，稱為細胞貼附膜片。由于不破壞細胞的完整性，這種方式又稱為細胞膜上的膜片記錄。此時跨膜電位由玻管固定電位和細胞電位決定。因此，為測定膜片兩側(cè)的電位，需測定細胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細胞骨架及有關(guān)代謝過程是完整的，所受的干擾小。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*50小時隨時人工在線咨詢.腦片膜片鉗技術(shù)
