膜片鉗技術(shù)是一種細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)，是研究離子通道活動的蕞佳工具，也是應(yīng)用蕞很廣的電生理技術(shù)之一。該技術(shù)通過施加負(fù)壓將微玻管電極（膜片電極或膜片吸管）的前列與細(xì)胞膜緊密接觸，形成GΩ以上的阻抗，使電極開口處的細(xì)胞膜與其周圍膜在電學(xué)上絕緣。被孤立的小膜片面積為μm量級，內(nèi)中只有少數(shù)離子通道。玻璃微電極中含有一根浸入電解溶液中的導(dǎo)線，用于傳導(dǎo)離子。在此基礎(chǔ)上對該膜片施行電壓鉗位（即保持跨膜電壓恒定），如果單個離子通道被包含在膜片內(nèi)，則可對此膜片上的離子通道的電流進(jìn)行監(jiān)測記錄。通過觀測單個通道開放和關(guān)閉的電流變化，可直接得到各種離子通道開放的電流幅值分布、開放幾率、開放壽命分布等功能參量，并分析它們與膜電位、離子濃度等之間的關(guān)系。還可把吸管吸附的膜片從細(xì)胞膜上分離出來，以膜的外側(cè)向外或膜的內(nèi)側(cè)向外等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這種技術(shù)對小細(xì)胞的電壓鉗位、改變膜內(nèi)外溶液成分以及施加藥物都很方便。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科—電生理學(xué)，即是用電生理的方法來記錄和分析細(xì)胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。芬蘭腦片膜片鉗系統(tǒng)

    把膜電位鉗位電壓調(diào)到-80--100mV，再用鉗位放大器的控制鍵把全細(xì)胞瞬態(tài)充電電流調(diào)定至零位（EPC-10的控制鍵稱為C-slow和C-series;Axopatch200標(biāo)為全細(xì)胞電容和系列電阻）。寫下細(xì)胞的電容值Cc和未補(bǔ)整的系列電阻值Rs，用于消除全細(xì)胞瞬態(tài)電流，計(jì)算鉗位的固定時(shí)間（即RsCc），然啟根據(jù)歐姆定律從測定脈沖電流的振幅算出細(xì)胞的電阻RC。緩慢調(diào)節(jié)Rs旋鈕注意測定脈沖反應(yīng)的變化，逐漸增加補(bǔ)整的比例。如果RS補(bǔ)整非常接近振蕩的閾值，RS或Cc的微細(xì)變化都會達(dá)到震蕩的閾值，產(chǎn)生電壓的振蕩而使細(xì)胞受損。因此應(yīng)當(dāng)在RS補(bǔ)整水平寫不穩(wěn)定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準(zhǔn)備資料收集和脈沖序列的測定。 美國高通量全自動膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平而由通道蛋白介導(dǎo)的膜電導(dǎo)構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動成分，它的電流電壓關(guān)系是非線性的。

電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的，并在20世紀(jì)初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計(jì)的主要目的是證明動作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動作電位的峰值電位是由于膜對鈉的通透性瞬間增加。但當(dāng)時(shí)還沒有直接測量膜通透性的方法，所以用膜電導(dǎo)來測量離子通透性。膜電導(dǎo)測量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力(Em-ENa)的關(guān)系，膜電流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通過測量膜電流，然后利用歐姆定律來計(jì)算膜電導(dǎo)。然而，膜電導(dǎo)可以通過使用膜電流來計(jì)算。這個條件是通過電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下一張幻燈片中右邊的兩張圖顯示了squid的動作電位和動作電位過程中膜電流的變化，這是霍奇金和赫胥黎在半個世紀(jì)前用電壓鉗記錄的。他們的實(shí)驗(yàn)證明了參與動作電位的離子電流由三種成分組成:Na、K、Cl。對這些離子流進(jìn)行了定量分析。這項(xiàng)技術(shù)為闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。

膜片鉗技術(shù)發(fā)展歷史：1976年德國馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí)，記錄到ACh啟動的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負(fù)壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），明顯降低了記錄時(shí)的噪聲實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，引進(jìn)了膜片游離技術(shù)和全細(xì)胞記錄技術(shù)，從而使該技術(shù)更趨完善，具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時(shí)間分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻(xiàn)，榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極，并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個壓力，一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒在溶液中時(shí)給電極一個測定脈沖（命令電壓，如5-10ms，10mV）讀出電流，按照歐姆定律計(jì)算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位（junctionpotentials）調(diào)至零位，這種電位差是由于電極內(nèi)填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細(xì)胞表面，并觀察電流的變化，直至阻抗達(dá)到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調(diào)整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平，使放大器從"搜尋"轉(zhuǎn)到"電壓鉗"時(shí)細(xì)胞不至于鉗位到零。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測鈣技術(shù)結(jié)合。日本高通量全自動膜片鉗單細(xì)胞

Neher創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學(xué)檢測聯(lián)合運(yùn)用的技術(shù)。芬蘭腦片膜片鉗系統(tǒng)

一、記錄設(shè)備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設(shè)備是實(shí)驗(yàn)前的重要步驟，如用模型細(xì)胞測定電子設(shè)備、安裝并測試應(yīng)用軟件、調(diào)節(jié)光學(xué)顯微鏡、檢驗(yàn)防震工作臺等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細(xì)胞記錄則應(yīng)選管壁較薄（0.16mm）的毛細(xì)玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術(shù)封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細(xì)胞膜電信號的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進(jìn)行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當(dāng)?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細(xì)胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細(xì)胞，細(xì)胞的大小也是成功記錄的個因素，一般選擇10-20um的細(xì)胞比較理想。芬蘭腦片膜片鉗系統(tǒng)