膜片钳技术是神经科学领域非常重要的一项技术，1976年由国马普生物物理研究所Neher和Sakmann发明，从而在活细胞上记录到单个离子通道的电流。近半个世纪来，膜片钳技术已经成为神经科学领域较常用也是较实用的技术之一，具有极大的精确性和灵活性，能够揭示离子通道，单细胞突触反应，及神经环路连接等多层次的电生理特性。做过膜片钳的人都知道，膜片钳的信号采集设备一般由前置放大器，放大器，模数/数模转换器等构成，神经元电信号先通过前置放大器（headstage）初步放大，后传输入放大器进一步放大，再传入模数转换器转化为数字信号，后被计算机采集。下图显示的是我们较常使用的AXON和HEKA膜片钳的一个信号传输路径。典型的单通道电流呈一种振幅相同而持续时间不等的脉冲样变化。德国全细胞膜片钳电生理工具
高阻封接技术还明显降低了电流记录的背景噪声，从而戏剧性地提高了时间、空间及电流分辨率，如时间分辨率可达10μs、空间分辨率可达1平方微米及电流分辨率可达10-12A。影响电流记录分辨率的背景噪声除了来自于膜片钳放大器本身外，较主要还是信号源的热噪声。信号源如同一个简单的电阻，其热噪声为σn=4Kt△f/R式中σn为电流的均方差根，K为波尔兹曼常数，t为温度，△f为测量带宽，R为电阻值。可见，要得到低噪声的电流记录，信号源的内阻必需非常高。如在1kHz带宽，10%精度的条件下，记录1pA的电流，信号源内阻应为2GΩ以上。电压钳技术只能测量内阻通常达100kΩ～50MΩ的大细胞的电流，从而不能用常规的技术和制备达到所要求的分辨率。德国全细胞膜片钳电生理工具在细胞膜的电学模型中，膜电容和膜电导构成了一个并联回路。
膜片钳放大器的工作模式;（1）电压钳模式∶在钳制细胞膜电位的基础上改变膜电位，记录离子通道电流的变化，记录的是诸如通道电流;EPSC;IPSC等电流信号。是膜片钳的基本工作模式.（2）屯流钳素向细胞内注入刺激电流，记录膜电位对刺激电流的反应。记录的是诸如动作电位，EPSP;IPSP等电压信号。膜片钳技术实现膜电位固定的关键是在玻璃微电极前列边缘与细胞膜之间形成高阻（10GΩ）密封，使电极前列开口处相接的细胞膜片与周围环境在电学上隔离，并通过外加命令电压钳制膜电位。
离子通道结构研究∶目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的和Hill的 膜片钳在通道研究中起着重要的作用。膜片钳技术可以直接观察和区分单个离子通道电流及其开闭时间，区分离子通道的离子选择性，同时发现新的离子通道和亚型，在记录单细胞电流和全细胞电流的基础上，进一步计算细胞膜上的通道数和开放概率。也可用于研究某些细胞内或细胞外物质对离子通道的开闭和通道电流的影响。同时用于研究细胞信号的跨膜转导和细胞分泌机制。结合分子克隆和定点突变技术，膜片钳技术可用于研究离子通道的分子结构与生物学功能的关系。膜片钳技术也可用于分析药物对其靶受体的作用位点。例如，神经元烟碱受体是配体门控离子通道，膜片钳全细胞记录技术可以通过记录烟碱诱发电流，直接反映神经元烟碱受体活动的全过程，包括受体与其激动剂和拮抗剂的亲和力、离子通道开闭的动态特征、受体的***等。用膜片钳全细胞记录技术观察拮抗剂对烟碱受体兴奋的量效曲线的影响，以确定其作用的动态特征。然后根据拮抗剂对受体***的影响分析，拮抗剂的作用是否是电压依赖性和使用依赖性的，我们可以从功能上区分拮抗剂对烟碱受体的不同作用位点，即判断拮抗剂是作用于受体的激动剂识别位点、离子通道还是其他变构位点。膜片钳技术，为您揭示细胞生命活动的细微变化！美国膜片钳电压钳制 用膜片钳技术，轻松捕捉离子通道的每一个细微动作！德国全细胞膜片钳电生理工具 电压钳的缺点∶电压钳技术目前主要用于巨火细胞的全细胞电流研究，特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥其它技术不能替代的作用。但也有其致命的弱点1、微电极需刺破细胞膜进入细胞，以致造成细胞浆流失，破坏了细胞生理功能的完整性;2、不能测定单一通道电流。因为电压钳制的膜面积很大，包含着大量随机开放和关闭着的通道，而且背景噪音大，往往掩盖了单一通道的电流。3、对体积小的细胞（如哺乳类***元，直径在10-30μm之间）进行电压钳实验，技术上有更大的困难。由于电极需插入细胞，不得不将微电极的前列做得很细，如此细的前列致使电极阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取决于不同的充灌液）。这样大的电极阻抗不利于作细胞内电流钳或电压钳记录时在短时间（0.1μs）内向细胞内注入电流，达到钳制膜电压或膜电流之目的。再者，在小细胞上插入的两根电极可产生电容而降低测量电压电极的反应能力。德国全细胞膜片钳电生理工具
