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(xì)胞電流和全細(xì)胞電流的基礎(chǔ)上進(jìn)一步計算出細(xì)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(xì)胞信號的跨膜轉(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(diǎn)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(xì)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(xì)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(diǎn),，可從功能上區(qū)分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點(diǎn),，即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點(diǎn)，離子通道抑或是其它的變構(gòu)位點(diǎn)上,。膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成,，增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率,。進(jìn)口雙電極膜片鉗專題

在心血管藥理研究中的應(yīng)用,，隨著膜片鉗技術(shù)在心血管方面的廣泛應(yīng)用，對血管疾病和藥物作用的認(rèn)識不僅得到了不斷更新,，而且在其病因?qū)W與藥理學(xué)方面還形成了許多新的觀點(diǎn),。正如諾貝爾基金會在頒獎時所說：“Neher和Sadmann的貢獻(xiàn)有利于了解不同疾病機(jī)理，為研制新的更為的藥物開辟了道路”,。創(chuàng)新藥物研究與高通量篩選,，目前在離子通道高通量篩選中主要是進(jìn)行樣品量大、篩選速度占優(yōu)勢,、信息量要求不太高的初級篩選,。近幾年，分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎(chǔ)的兩大主流技術(shù)市場,。將電生理研究信息量大,、靈敏度高等特點(diǎn)與自動化、微量化技術(shù)相結(jié)合,，產(chǎn)生了自動化膜片鉗等一些新技術(shù),。日本可升級膜片鉗價格離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ),，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量,。

膜片鉗技術(shù)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域非常重要的一項技術(shù),，1976年由國馬普生物物理研究所Neher和Sakmann發(fā)明，從而在活細(xì)胞上記錄到單個離子通道的電流,。近半個世紀(jì)來,，膜片鉗技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域較常用也是較實用的技術(shù)之一，具有極大的精確性和靈活性,，能夠揭示離子通道,，單細(xì)胞突觸反應(yīng)，及神經(jīng)環(huán)路連接等多層次的電生理特性,。做過膜片鉗的人都知道,，膜片鉗的信號采集設(shè)備一般由前置放大器，放大器,，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成,，神經(jīng)元電信號先通過前置放大器（headstage）初步放大，后傳輸入放大器進(jìn)一步放大,，再傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,，后被計算機(jī)采集。下圖顯示的是我們較常使用的AXON和HEKA膜片鉗的一個信號傳輸路徑,。

資料分析：一般電學(xué)性質(zhì)∶通過I/V關(guān)系計算得到單通道電導(dǎo)，觀察通道有無整流,。通過離子選擇性,、翻轉(zhuǎn)電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動力學(xué)分析∶開放時間,、開放概率,、關(guān)閉時間、通道的時間依賴性失活,、開放與關(guān)閉類型（簇狀猝發(fā),，Burst）樣開放與閃動樣短暫關(guān)閉（flickering），化學(xué)門控性通道的開,、關(guān)速率常數(shù)等數(shù)據(jù),。藥理學(xué)研究∶研究的藥物，阻斷劑,、激動劑或其它調(diào)制因素對通道活動的影響情況,。綜合分析得出結(jié)淪。全自動膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞,，像腦片這類標(biāo)本無法采用,。

膜片鉗的基本原理則是利用負(fù)反饋電子線路，將微電極前列所吸附的一個至幾個平方微米的細(xì)胞膜的電位固定在一定水平上,，對通過通道的微小離子電流作動態(tài)或靜態(tài)觀察,，從而研究其功能,。膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)膜電流固定的關(guān)鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻密封，其阻抗數(shù)值可達(dá)10～100GΩ(此密封電阻是指微電極內(nèi)與細(xì)胞外液之間的電阻),。由于此阻值如此之高,，故基本上可看成絕緣，其上之電流可看成零,，形成高阻密封的力主要有氫健,、范德華力、鹽鍵等,。此密封不僅電學(xué)上近乎絕緣,，在機(jī)械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小,，其下膜面積只約1μm2,，在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少，一般只有一個或幾個通道,，經(jīng)這一個或幾個通道流出的離子數(shù)量相對于整個細(xì)胞來講很少,，可以忽略，也就是說電極下的離子電流對整個細(xì)胞的靜息電位的影響可以忽略,，那么,，只要保持電極內(nèi)電位不變，則電極下的一小片細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差就不變,，從而實現(xiàn)電位固定,。在膜電位改變時，在電場的作用下,，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉,，同時有電荷移動，稱為門控電流,。德國多通道膜片鉗高阻抗封接

現(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,。進(jìn)口雙電極膜片鉗專題

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，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）,，明顯降低了記錄時的噪聲實現(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,。進(jìn)口雙電極膜片鉗專題

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