膜片鉗技術(shù)（patch clamp techniques）是采用鉗制電壓或電流的方法對生物膜上離子通道的電活動進行記錄的微電極技術(shù)。1989年，Blanton將腦片電生理記錄與細胞的膜片鉗記錄結(jié)合起來，建立了腦片膜片鉗記錄技術(shù)（patch clamp on invitro brains lices），這為在細胞水平研究反射中樞系統(tǒng)離子通道或受體在神經(jīng)環(huán)路中的生理和藥理學(xué)作用及其機制提供了可能性。離體的腦組織能夠在一定的溫度、酸度和滲透壓、通氧狀態(tài)等條件下存活并保持良好的生理狀態(tài)。與急性分離的或培養(yǎng)的神經(jīng)元相比，離體腦片中的神經(jīng)元更接近生理狀態(tài)：基本保持了在體情況下的細胞形態(tài)，神經(jīng)細胞之間及神經(jīng)細胞與非神經(jīng)細胞之間的很多固有聯(lián)系，以及較為正常完整的突觸回路、受體分布、遞質(zhì)釋放及其信息傳遞等功能。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細胞內(nèi)電活動的記錄。美國雙分子層膜片鉗電生理工具
ePatch的設(shè)計的一些亮點還包括：可以在軟件中伴隨數(shù)據(jù)進行實驗記錄，你不用再專門拿一個實驗記錄本了，也不用再擔(dān)心本本上記錄的內(nèi)容找不到對應(yīng)的數(shù)據(jù)了，系統(tǒng)會把他們一一對應(yīng)起來。電壓電流刺激模式的編輯更為傻瓜，眾多的模塊，直接拖拽就可以，還伴隨著示例圖，讓你對你編輯的程序一目了然。實時的全細胞參數(shù)估算，包括封接電阻，膜電容，膜電阻等重要參數(shù)強大的在線分析功能，包括電壓鉗模式下的I/Vgraph，eventdetection，F(xiàn)FT，以及電流鉗模式下的APthresholddetection，APfrequency，APslope等數(shù)據(jù)可保存成多種格式，你要是個程序達人，可以支持使用Matlab進行數(shù)據(jù)分析，如果沒有這樣的經(jīng)驗也沒有問題，數(shù)據(jù)可以保存成.abf用的Clampfit直接分析。美國細胞膜片鉗電生理工具在細胞膜的電興奮過程中，脂質(zhì)層膜電容的反應(yīng)是被動的，其電流電壓曲線是線性的。
膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區(qū)分離子通道的離子選擇性、同時可發(fā)現(xiàn)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(chǔ)上進一步計算出細胞膜上的通道數(shù)和開放概率，還可以用以研究某些胞內(nèi)或胞外物質(zhì)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(zhuǎn)導(dǎo)和細胞分泌機制。結(jié)合分子克隆和定點突變技術(shù)，膜片鉗技術(shù)可用于離子通道分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能關(guān)系的研究。利用膜片鉗技術(shù)還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經(jīng)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(shù)通過記錄煙堿誘發(fā)電流，可直觀地反映出神經(jīng)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(guān)閉的動力學(xué)特征及受體的失敏等活動。使用膜片鉗全細胞記錄技術(shù)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(xué)特征。然后根據(jù)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(qū)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(gòu)位點上。
電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關(guān)閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術(shù)上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）。這樣大的電極阻抗不利于作細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間（0.1μs）內(nèi)向細胞內(nèi)注入電流，達到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應(yīng)能力。封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。
電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關(guān)閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術(shù)上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）。這樣大的電極阻抗不利于作細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間（μs）內(nèi)向細胞內(nèi)注入電流，達到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應(yīng)能力。通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極的連接電位（junction potentials）調(diào)至零位。美國全細胞膜片鉗電生理技術(shù)
這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進動力。美國雙分子層膜片鉗電生理工具
目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu)，在這方面，美國的二位科學(xué)家彼得阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu)，二位因此獲得2003年諾貝系化學(xué)獎。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術(shù)：電壓鉗技術(shù)（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術(shù)。美國雙分子層膜片鉗電生理工具
