早在膜片鉗誕生之前，20世紀50~60年代，Hodgkin與Hexley便發(fā)現(xiàn)并使用了電壓鉗技術(shù)，他們通過雙電極電壓鉗在烏賊軸突上發(fā)現(xiàn)了動作電位的離子機制，并因此獲得了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。這也為后來膜片鉗的誕生奠定了基礎(chǔ)。于1976年，德國馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的Neher和Sakmann第1次于青蛙的肌細胞上，用玻璃電極吸下了一小片細胞膜，記錄導(dǎo)了皮安級的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院Sigworth等人在記錄電極內(nèi)增加了負壓吸引，實現(xiàn)了10-100GΩ的高阻抗封接，使得單電極可以同時實現(xiàn)鉗制電位和記錄單通道電流。1991年，Neher與Sakmann因為對膜片鉗技術(shù)的突出貢獻獲得了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。膜片鉗技術(shù)，在人類對生理學(xué)的探究中，無異于一條道路，通往了名為細胞電生理的國度。膜片鉗技術(shù)也許某一天會被更便捷或更精確的技術(shù)取代，但其至今仍然是離子通道相關(guān)研究中使用蕞廣的技術(shù)。解鎖細胞秘密，膜片鉗帶您探尋離子通道的奧秘！日本全自動膜片鉗專題

膜片鉗技術(shù)原理：膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來（見右圖），由于電極前列與細胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強度，就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立，對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的（或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。德國多通道膜片鉗以膜片鉗為鑰匙，打開細胞離子通道研究的大門！

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結(jié)構(gòu)，是細胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道，當通道開放時。細胞內(nèi)外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經(jīng)通道順濃度梯度或電位梯度進行跨膜擴散，從而形成這些帶電離子在膜內(nèi)外的不同分布態(tài)勢，這種態(tài)勢和在不同狀態(tài)下的動態(tài)變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎(chǔ)。這些無機離子通過離子通道的進圍所產(chǎn)生的電活動是生命活動的基礎(chǔ)，只有在此基礎(chǔ)上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達、新陳代謝等生命活動。離子通道結(jié)構(gòu)和功能障礙決定了許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此，了解離子通道的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實際意義。

高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值。可見，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達到所要求的分辨率。離子通道探索之旅，從選擇膜片鉗開始！

光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項整合了光學(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學(xué)院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué)，特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實驗室使用，幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。膜片鉗技術(shù)，為您揭示細胞生命活動的細微變化！德國多通道膜片鉗

小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。日本全自動膜片鉗專題

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。日本全自動膜片鉗專題