早在膜片鉗誕生之前，20世紀50~60年代，Hodgkin與Hexley便發現并使用了電壓鉗技術，他們通過雙電極電壓鉗在烏賊軸突上發現了動作電位的離子機制，并因此獲得了諾貝爾生理醫學獎。這也為后來膜片鉗的誕生奠定了基礎。于1976年，德國馬克斯普朗克生物物理化學研究所的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，記錄導了皮安級的單通道離子電流，從而產生了膜片鉗技術。1980年，耶魯大學醫學院Sigworth等人在記錄電極內增加了負壓吸引，實現了10-100GΩ的高阻抗封接，使得單電極可以同時實現鉗制電位和記錄單通道電流。1991年，Neher與Sakmann因為對膜片鉗技術的突出貢獻獲得了諾貝爾生理醫學獎。膜片鉗技術，在人類對生理學的探究中，無異于一條道路，通往了名為細胞電生理的國度。膜片鉗技術也許某一天會被更便捷或更精確的技術取代，但其至今仍然是離子通道相關研究中使用蕞廣的技術。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

膜片鉗技術原理：膜片鉗技術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上隔離，因此，此片膜內開放所產生的電流流進玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監視器（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的建立，對生物學科學特別是神經科學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。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，它橫跨整個膜結構，是細胞內部與部外聯系的橋梁和細胞內外物質交換的孔道，當通道開放時。細胞內外的一些無機離子如Na，kCa等帶電離子可經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外的不同分布態勢，這種態勢和在不同狀態下的動態變化是可興奮細胞靜息電位和動作電的基礎。這些無機離子通過離子通道的進圍所產生的電活動是生命活動的基礎，只有在此基礎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。離子通道結構和功能障礙決定了許多疾病的發生和發展。因此，了解離子通道的結構、功能以及結構與功能的關系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發現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，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內阻應為2GΩ以上。電壓鉗技術只能測量內阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規的技術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！

光遺傳學調控技術是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物技術。NatureMethods雜志將此技術評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調控技術現已經迅速成為生命科學，特別是神經和心臟研究領域中熱門的研究方向之一。目前這一技術正在被全球幾百家從事心臟學、神經科學和神經工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經、精神疾病、心血管疾病的發病機理并研發針對疾病干預和的新技術。膜片鉗技術，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，還隨之出現了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據不同的研究目的，可制成不同的膜片構型。(1)細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經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定的，因細胞骨架及有關代謝過程是完整的，所受的干擾小。日本全自動膜片鉗專題