全細胞膜片鉗記錄（whole-cellpatch-clamprecording）是應用*早，也是*廣的鉗位技術，它相當于連續的單電極電壓鉗位記錄，也就是說全細胞記錄類似于傳統的細胞內記錄，但它具有更大的優越性，如高分辨率、低噪聲、極好的穩定性以及能控制細胞內的成分等。全細胞記錄技采測定的是一個細胞內全部**通道的電流，記錄過程中電極的溶液取代了原細胞質的成分。雖然膜片鉗記錄技術與*初的單電極電壓鉗位相比進步了很多，尤其在單離子通道鉗位記錄方面，細胞或腦片的組織選擇及實驗溶液的制備仍然是很重要的步驟。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司...

把膜電位鉗位電壓調到-80--100mV，再用鉗位放大器的控制鍵把全細胞瞬態充電電流調定至零位（EPC-10的控制鍵稱為C-slow和C-series;Axopatch200標為全細胞電容和系列電阻）。寫下細胞的電容值Cc和未補整的系列電阻值Rs，用于消除全細胞瞬態電流，計算鉗位的固定時間（即RsCc），然啟根據歐姆定律從測定脈沖電流的振幅算出細胞的電阻RC。緩慢調節Rs旋鈕注意測定脈沖反應的變化，逐漸增加補整的比例。如果RS補整非常接近振蕩的閾值，RS或Cc的微細變化都會達到震蕩的閾值，產生電壓的振蕩而使細胞受損。因此應當在RS補整水平寫不穩定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準備資料...

把膜電位鉗位電壓調到-80--100mV，再用鉗位放大器的控制鍵把全細胞瞬態充電電流調定至零位（EPC-10的控制鍵稱為C-slow和C-series;Axopatch200標為全細胞電容和系列電阻）。寫下細胞的電容值Cc和未補整的系列電阻值Rs，用于消除全細胞瞬態電流，計算鉗位的固定時間（即RsCc），然啟根據歐姆定律從測定脈沖電流的振幅算出細胞的電阻RC。緩慢調節Rs旋鈕注意測定脈沖反應的變化，逐漸增加補整的比例。如果RS補整非常接近振蕩的閾值，RS或Cc的微細變化都會達到震蕩的閾值，產生電壓的振蕩而使細胞受損。因此應當在RS補整水平寫不穩定閾值之間留有10%-20%的余地為安全。準備資料...

電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發揮其它技術不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）...

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科--電生理學。膜片鉗技術已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經遞質（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結合，引起蛋白構像的改變，導致通道的打開。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得...

膜片鉗技術與其他技術的結合Neher等**將膜片鉗技術與Fura2熒光鈣測量技術相結合，同時進行細胞內熒光強度、細胞膜離子通道電流、細胞膜電容等多項指標變化的快速交替測量，從而獲得同一事件過程中各因素的各自變化，進而分析這些變化之間的關系。Neher將能夠光解鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌速率的關系以及相對較大的分泌速率。他還發明了膜片鉗的膜電容檢測與碳纖維電極的電化學檢測相結合的技術。然后***將光電聯合檢測技術和碳纖維電極電化學檢測技術相結合。這種結合既能研究分泌機制，又能鑒定分泌物質，彌補了各單一方法的不足。Eberwine于1991年***將膜片鉗技術...

目前，絕大多數離子通道的一級結構得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結構，在這方面，美國的二位科學家彼得阿格雷和羅德里克麥金農做出了一些開創性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結構，二位因此獲得2003年諾貝系化學獎。有關離子通道結構不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的和Hill的

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理如PopulationPatchClamp技術∶同SealChip技術一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數目較多，獲得的記錄是這些細胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術研發出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統，成為藥物初期篩選的金標準滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結...

膜片鉗的應用范圍：1.單離子通道(如鈉、鉀)的功能研究；2.心肌細胞離子通道研究（尤其與藥物作用相關的）；3.常規與病理的離子通道作用機制研究；4.單細胞的形態與功能關系的研究；5.心血管藥理學的研究；6.腦片膜片鉗（證實了腦組織在體外也能存活并保持很好的活性狀態，能使對腦細胞的研究更接近生理狀態下的情況，可檢驗不同腦區間的神經通路與功能鏈接）；7.神經環路的研究（光遺傳或化學遺傳病毒載體表達的驗證）；8.神經突觸可塑性的研究。膜片鉗技術實現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。膜片鉗腦片早在膜片鉗誕生之前，20世紀50~60年代，Hodgkin與Hexley便發現...

細胞是動物和人體的基本組成單元，細胞與細胞內的通信,是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科———電生理學（electrophysiology），即是用電生理的方法來記錄和分析細胞產生電的大小和規律的科學。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術作細胞內電活動的記錄。現代膜片鉗技術是在電壓鉗技術的基礎上發展起來的。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結果,專業團隊,7*54小時隨時人工在線咨詢.用膜片鉗技術，輕松捕捉離...

電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發揮其它技術不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）...

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上記錄記錄到AChjihuo的單通道離子電流1980年Sigworth等用負壓吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-sea1），降低了記錄時的噪聲1981年Hamill和Neher等引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術的里程碑。膜片鉗技術原理膜片鉗技術是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗，使得與電極前列開口處相接的細胞膜的膜片與周圍在電學上絕緣。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩...

膜片鉗是一種用于研究生物膜電生理特性的技術，它可以在單細胞或組織切片上記錄膜電位的變化。這種技術可以用來研究細胞膜中的離子通道、離子泵以及神經元的電活動等。在膜片鉗實驗中，研究者會將單細胞或組織切片放置在一個稱為膜片電極的微小玻璃管中。這個電極會緊密地貼合在細胞或組織的表面，形成一個高阻抗的界面，使得研究者可以精確地測量細胞膜電位的變化。膜片鉗實驗的結果通常以電流-時間曲線（i-t曲線）的形式呈現。這些曲線可以顯示出在給定的時間內通過特定通道的電流強度，從而幫助研究者了解通道的性質和功能。除了測量電流外，膜片鉗還可以用來記錄膜電位的變化。這些變化可以反映出細胞對于各種刺激的反應，例如神經元的興...

全細胞膜片鉗記錄(Whole-cellpatch-clamprecording)是一種早期且使用頻繁的鉗夾技術，相當于連續單電極電壓鉗夾記錄，也就是說，全細胞記錄類似于傳統的細胞內記錄，但具有更大的優勢，如分辨率高、噪聲低、穩定性好、細胞內成分可控等。全細胞記錄技術測量一個細胞內所有通道的電流，記錄過程中電極的溶液代替原生質的成分。雖然膜片鉗記錄技術相對于原來的單電極電壓鉗有了很大的進步，尤其是在單離子通道鉗記錄中，細胞或腦片的組織選擇和實驗溶液的制備仍然是非常重要的步驟。膜片鉗技術實現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。德國細胞膜片鉗技術膜片鉗在通道研究中起著重...

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，...

膜片鉗技術是由諾貝爾獎獲得者Neher和Sakmann于1976年發展起來的一種記錄細胞膜離子通道電生理活動的技術。該技術的應用連接了細胞水平和分子水平的生理學研究，已成為現代細胞電生理學研究的常規方法。它廣泛應用于生物學、生理學、病理學、藥理學、神經科學、植物和微生物學，并取得了豐碩的研究成果。膜片鉗技術點燃了細胞和分子水平生理學研究的**之火，并與基因克隆技術并駕齊驅，給生命科學研究帶來了巨大的推動力。鈣成像技術***用于實時監測神經元、心肌和各種細胞內鈣離子的變化，從而檢測神經元和心肌的活動。這些技術是人們觀察神經和各種細胞活動的直接手段，現已發展成為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學...

電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究，特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發揮其它技術不能替代的作用。但也有其致命的弱點1、微電極需刺破細胞膜進入細胞，以致造成細胞漿流失，破壞了細胞生理功能的完整性;2、不能測定單一通道電流。因為電壓鉗制的膜面積很大，包含著大量隨機開放和關閉著的通道，而且背景噪音大，往往掩蓋了單一通道的電流。3、對體積小的細胞（如哺乳類***元，直徑在10-30μm之間）進行電壓鉗實驗，技術上有更大的困難。由于電極需插入細胞，不得不將微電極的前列做得很細，如此細的前列致使電極阻抗很大，常常是60～-8OMΩ或120～150MΩ（取決于不同的充灌液）...

對電極持續施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產生的電流波形。開始時增益不宜設得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內液之間離子成分的差異造成了液結電位，故一般電極剛入水時測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設置為0mV，并調節“電極失調控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細胞，當電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內稍加負壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封...

目前，絕大多數離子通道的一級結構得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結構，在這方面，美國的二位科學家彼得阿格雷和羅德里克麥金農做出了一些開創性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結構，二位因此獲得2003年諾貝系化學獎。有關離子通道結構不是本PPT的重點，可參考楊寶峰的和Hill的

膜片鉗技術實現了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪聲水平降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機械穩定性和化學絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導水平，即O和1，分別對應通道的關閉和開效狀態。2.有的矩形脈沖簇狀發放時，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續開放，中間被閃動樣的關閉所中斷，形成burst開放。有些通道...

膜片鉗技術與其他技術的結合Neher等**將膜片鉗技術與Fura2熒光鈣測量技術相結合，同時進行細胞內熒光強度、細胞膜離子通道電流、細胞膜電容等多項指標變化的快速交替測量，從而獲得同一事件過程中各因素的各自變化，進而分析這些變化之間的關系。Neher將能夠光解鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌速率的關系以及相對較大的分泌速率。他還發明了膜片鉗的膜電容檢測與碳纖維電極的電化學檢測相結合的技術。然后***將光電聯合檢測技術和碳纖維電極電化學檢測技術相結合。這種結合既能研究分泌機制，又能鑒定分泌物質，彌補了各單一方法的不足。Eberwine于1991年***將膜片鉗技術...

1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細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，從而產生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內施加5-50cmH2O的負壓吸引，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等對該技術進行了改進，引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術，從而使該技術更趨完善，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-ChannelRecord...

電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細胞內，一根電極用作記錄電極以記錄跨膜電位，用另一根電極作為電流注入電極，以固定膜電位。從而實現固定膜電位的同時記錄膜電流。電位記錄電極引導的膜電位（Vm）輸入電壓鉗放大器的負輸入端，而人為控制的指令電位（Vc）輸入正輸入端，放大器的正負輸入端子等電位，向正輸入端子施加指令電位（Vc）時，經過短路負端子可使膜片等電較，即Vm=Vc，從而達到電位鉗制的目的，并可維持一定的時間。Vc的不同變化將導致Vm的變化，從而引起細胞膜上電壓依賴性離子通道的開放，通道開放引起的離子流反過來又引起Vm的變化，致使Vm≠Vc，Vc與Vm的任何差值都會導致放大器有電壓...

膜片鉗的應用范圍：1.單離子通道(如鈉、鉀)的功能研究；2.心肌細胞離子通道研究（尤其與藥物作用相關的）；3.常規與病理的離子通道作用機制研究；4.單細胞的形態與功能關系的研究；5.心血管藥理學的研究；6.腦片膜片鉗（證實了腦組織在體外也能存活并保持很好的活性狀態，能使對腦細胞的研究更接近生理狀態下的情況，可檢驗不同腦區間的神經通路與功能鏈接）；7.神經環路的研究（光遺傳或化學遺傳病毒載體表達的驗證）；8.神經突觸可塑性的研究。全自動膜片鉗技術的出現標志著膜片鉗技術已經發展到了一個嶄新階段。多通道膜片鉗離子電流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。...

膜片鉗是一種用于研究生物膜電生理特性的技術，它可以在單細胞或組織切片上記錄膜電位的變化。這種技術可以用來研究細胞膜中的離子通道、離子泵以及神經元的電活動等。在膜片鉗實驗中，研究者會將單細胞或組織切片放置在一個稱為膜片電極的微小玻璃管中。這個電極會緊密地貼合在細胞或組織的表面，形成一個高阻抗的界面，使得研究者可以精確地測量細胞膜電位的變化。膜片鉗實驗的結果通常以電流-時間曲線（i-t曲線）的形式呈現。這些曲線可以顯示出在給定的時間內通過特定通道的電流強度，從而幫助研究者了解通道的性質和功能。除了測量電流外，膜片鉗還可以用來記錄膜電位的變化。這些變化可以反映出細胞對于各種刺激的反應，例如神經元的興...

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創性研究。在1902年，Bernstein創造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發明了電壓鉗位（voltageclamptechnique）技術...

膜片鉗在通道研究中起著重要的作用。膜片鉗技術可以直接觀察和區分單個離子通道電流及其開閉時間，區分離子通道的離子選擇性，同時發現新的離子通道和亞型，在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎上，進一步計算細胞膜上的通道數和開放概率。也可用于研究某些細胞內或細胞外物質對離子通道的開閉和通道電流的影響。同時用于研究細胞信號的跨膜轉導和細胞分泌機制。結合分子克隆和定點突變技術，膜片鉗技術可用于研究離子通道的分子結構與生物學功能的關系。膜片鉗技術也可用于分析藥物對其靶受體的作用位點。例如，神經元煙堿受體是配體門控離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術可以通過記錄煙堿誘發電流，直接反映神經元煙堿受體活動的全過程，包括受體...

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理如PopulationPatchClamp技術∶同SealChip技術一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數目較多，獲得的記錄是這些細胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術研發出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統，成為藥物初期篩選的金標準滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結...

膜片鉗技術發展至今，已經成為現代細胞電生理的常規方法，它不僅可以作為基礎生物醫學研究的工具，而且直接或間接為臨床醫學研究服務。目前膜片鉗技術廣泛應用于神經（腦）科學、心血管科學、藥理學、細胞生物學、病理生理學、中醫藥學、植物細胞生理學、運動生理等多學科領域研究。隨著全自動膜片鉗技術（Automaticpatchclamptechnology）的出現，膜片鉗技術因其具有的自動化、高通量特性，在藥物研發、藥物篩選中顯示了強勁的生命力。脂質層電導很低，由于雙分子層的結構特點，形成了細胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導的數值。美國單通道膜片鉗專題膜片鉗技術:從一小片膜(約幾平方微米)上獲取電...

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。可見，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...