電壓鉗技術，是20世紀初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設計的主要目的是為了證明動作電位的產(chǎn)生機制，即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當時沒有直接測定膜通透性的方法，于是就用膜對某種離子的電導來**該種離子的通透性，膜電導測定的依據(jù)是電學中的歐姆定律，如膜的Na電導GNa與電化學驅(qū)動力（Em-ENa）和膜電流INa的關系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測量膜電流，再利用歐姆定律來計算膜電導，但是，利用膜電流來計算膜電導時，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導的變化。這一條件是利用電壓鉗技術實現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個世紀以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動作電位和動作電位過程中的膜電流的變化圖，他們的實驗***證明參與動作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對這些離子流進行了定量分析。這一技術對闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻。不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理也不完全相同。全自動膜片鉗專題

對單細胞形態(tài)與功能關系的研究，將膜片鉗技術與單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈是反應技術結合，在全細胞膜片鉗記錄下，將單細胞內(nèi)容物或整個細胞（包括細胞膜）吸入電極中，將細胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形態(tài)相似而電活動不同的結果做出分子水平的解釋或為單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈式反應提供標本，為同一結構中形態(tài)非常相似但功能不同的事實提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術的實驗室較少，我國北京大學神經(jīng)科學研究所于1994年在國內(nèi)率先開展。日本膜片鉗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。

Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術、將一定密度的細胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極前列的單個細胞通過在電極外施加負壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接，打破露在玻璃電極前列開口外的細胞膜就形成了全細胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術，其通量比較高為6，即一次可同時記錄6個細胞。它的***特點是∶（1）仍然采用玻璃毛坯作為電極（2）藥物施加微量、快速。SealChip技術;完全摒棄了玻璃電極，而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細胞懸液灌注在芯片上面，隨機下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細胞膜形成全細胞記錄模式。采用這一技術的美國Axon（MDS）公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術的典范，是離子通道藥物研發(fā)的**性工具，在國外實驗室和制藥廠***用于hERG通道藥理學的研究。其通量比較高為16，即一次可同時記錄16個細胞同時，其藥物施加微量、快速，不僅用于藥物篩選，還大量用于離子通道的基礎研究。

膜片鉗技術的發(fā)展∶全自動膜片鉗技術（Automated patch clamp technique）的出現(xiàn)標志著膜片鉗技術已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段，從這個意義上說，前面所講的膜片鉗技術我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術（ Traditional patch clamp technique），傳統(tǒng)膜片鉗技術每次只能記錄一個細胞（或一對細胞），對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細胞的基礎實驗研究。全自動膜片鉗技術的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題，它不僅通量高，一次能記錄幾個甚至幾十個細胞，而且從找細胞、形成封接、破膜等整個實驗操作實現(xiàn)了自動化，免除了這些操作的復雜與困難。這兩個優(yōu)點使得膜片鉗技術的工作效率提高了!全自動膜片鉗技術采用的標本必須是懸浮細胞，像腦片這類標本無法采用。此外，全自動膜片鉗技術只能進行全細胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細胞貼附式單通道記錄模式，而不能進行其他模式的記錄。細胞膜由脂類雙分子層和和蛋白質(zhì)構成。

實驗溶液浸溶細胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對全細胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容，這關系到封接的容易程度、細胞存活狀態(tài)及膜電位的狀態(tài)等。在實驗記錄過程中，尤其是神經(jīng)生物學實驗，需要迅速更換細胞浸溶液濃度以免受體敏感性降低（desensitization）或需要模擬快速突觸反應的壽命。原則上細胞的浸溶液成分或玻璃管內(nèi)填充液成分應該與細胞外或細胞內(nèi)間質(zhì)的成分相似，實際研究中，為了探討某些通道或電位特性，對這些實驗溶液的成分或濃度會作必要調(diào)整，沒有哪種溶液是理想的。膜片鉗80%的工夫在于刺備細胞。日本單通道膜片鉗參數(shù)

全自動膜片鉗技術采用的標本必須是懸浮細胞，像腦片這類標本無法采用。全自動膜片鉗專題

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(fā)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）。這樣大的電極阻抗不利于作細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間（0.1μs）內(nèi)向細胞內(nèi)注入電流，達到鉗制膜電壓或膜電流之目的。再者，在小細胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應能力。全自動膜片鉗專題

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