1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低記錄噪聲，實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎(jiǎng)。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對(duì)鉀離子通透性時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動(dòng)很像是通過(guò)許多狹窄空洞的運(yùn)動(dòng)，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門(mén)控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡(jiǎn)稱(chēng)H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測(cè)鈣技術(shù)結(jié)合。細(xì)胞膜片鉗離子通道

這一設(shè)計(jì)模式似乎幾十年都沒(méi)有改變過(guò)，作為一個(gè)有著近20年膜片鉗經(jīng)驗(yàn)的科研工作者，記得自己進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室次看到的放大器就差不多是這樣，也不覺(jué)得還會(huì)有什么變化。直到筆者在19年訪(fǎng)問(wèn)歐洲的一個(gè)同樣做電生理的實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了這樣一款獨(dú)特的放大器，讓筆者眼前一亮，這款放大器從前置放大器出來(lái)的線(xiàn)竟然就直接連接在了電腦上，當(dāng)筆者問(wèn)他們放大器和數(shù)模呢？他們說(shuō)，你看到的就是全部了，所以的部件都包含在了這個(gè)前置放大器中。滔博生物TOP-Bright專(zhuān)注基于多種離子通道靶點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì),7*63小時(shí)隨時(shí)人工在線(xiàn)咨詢(xún).美國(guó)細(xì)胞膜片鉗腦片現(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

電壓鉗的缺點(diǎn):目前電壓鉗技術(shù)主要用于研究巨火細(xì)胞的全細(xì)胞電流，特別是在分子克隆卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中，發(fā)揮著不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱點(diǎn):1。微電極需要刺穿細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)丟失，破壞細(xì)胞生理功能的完整性；2、不能確定單通道電流。由于電壓鉗位薄膜面積大，包含大量隨機(jī)開(kāi)關(guān)的通道，背景噪聲大，往往會(huì)掩蓋單通道的電流。3.在小細(xì)胞(如直徑10-30μm的哺乳動(dòng)物細(xì)胞)上進(jìn)行電壓鉗實(shí)驗(yàn)，技術(shù)難度更大。因?yàn)殡姌O需要插入到細(xì)胞中，所以微電極的前端必須做得非常薄。如此薄的前端導(dǎo)致電極阻抗較大，往往為60~-80mω或120~150MΩ(視灌注液不同而定)。如此大的電極阻抗，不利于用細(xì)胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時(shí)，短時(shí)間(0.1μs)內(nèi)將電流注入細(xì)胞，從而達(dá)到鉗制膜電壓或膜電流的目的。此外，插在小電池上的兩個(gè)電極會(huì)產(chǎn)生電容并降低電壓測(cè)量電極的反應(yīng)能力。

內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后，在將微管電極輕輕提起，使其與細(xì)胞分離，電極端形成密封小泡，在空氣中短暫暴露幾秒鐘后，小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片。此時(shí)膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位，膜電位等于玻管電位的負(fù)值。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的，則輸出將與膜電流(Im)的負(fù)值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后，繼續(xù)以負(fù)壓抽吸，膜片破裂再將玻管慢慢地從細(xì)胞表面垂直地提起，斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層，此時(shí)高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應(yīng)測(cè)膜片電阻，并消除漏電流和電容電流。整個(gè)過(guò)程要當(dāng)心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平，膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的，放大器的輸出將與Im值相等。膜片鉗具有雙探頭，相當(dāng)于兩臺(tái)膜片鉗放大器。也具有單探頭膜片鉗放大器。

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級(jí)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(guó)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(kāi)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(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的和Hill的

全細(xì)胞膜片鉗記錄是應(yīng)用較早，也是普遍的鉗位技術(shù)。細(xì)胞膜片鉗離子通道

膜片鉗在通道研究中起著重要的作用。膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和區(qū)分單個(gè)離子通道電流及其開(kāi)閉時(shí)間，區(qū)分離子通道的離子選擇性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)新的離子通道和亞型，在記錄單細(xì)胞電流和全細(xì)胞電流的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算細(xì)胞膜上的通道數(shù)和開(kāi)放概率。也可用于研究某些細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外物質(zhì)對(duì)離子通道的開(kāi)閉和通道電流的影響。同時(shí)用于研究細(xì)胞信號(hào)的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞分泌機(jī)制。結(jié)合分子克隆和定點(diǎn)突變技術(shù)，膜片鉗技術(shù)可用于研究離子通道的分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能的關(guān)系。膜片鉗技術(shù)也可用于分析藥物對(duì)其靶受體的作用位點(diǎn)。例如，神經(jīng)元煙堿受體是配體門(mén)控離子通道，膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)可以通過(guò)記錄煙堿誘發(fā)電流，直接反映神經(jīng)元煙堿受體活動(dòng)的全過(guò)程，包括受體與其激動(dòng)劑和拮抗劑的親和力、離子通道開(kāi)閉的動(dòng)態(tài)特征、受體的***等。用膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)觀察拮抗劑對(duì)煙堿受體興奮的量效曲線(xiàn)的影響，以確定其作用的動(dòng)態(tài)特征。然后根據(jù)拮抗劑對(duì)受體***的影響分析，拮抗劑的作用是否是電壓依賴(lài)性和使用依賴(lài)性的，我們可以從功能上區(qū)分拮抗劑對(duì)煙堿受體的不同作用位點(diǎn)，即判斷拮抗劑是作用于受體的激動(dòng)劑識(shí)別位點(diǎn)、離子通道還是其他變構(gòu)位點(diǎn)。細(xì)胞膜片鉗離子通道