膜片钳技术在细胞电生理研究中的优势

       膜片钳技术的优势是可利用负反馈电子线路，将微电极尖端吸附的1 μm2至几个平方微米细胞膜的电位固定在一定水平上，对通过通道的微小离子电流作动态或静态的观察。因微电极尖端与细胞膜表面进行了高阻抗封接，阻值可达到10～100 GΩ，近于电绝缘，从而可大大减少记录时的背景噪音，使矩形的单通道信号得以分辨出来。

       用场效应管运算放大器构成的I-V转换器，即膜片钳放大器的前级探是测量回路的核心部分，膜片钳放大器的正负输入端子为等电位，向正输入端子施加指令电位时，经过短路负端子可以使膜片等电位，达到电位钳制的目的。当膜片微电极尖端与膜片之间形成10 GΩ (1010Ω) 以上封接时，其间的分流电流达到最小，横跨膜片的电流可100％作为来自膜片电极的记录电流(Ip)而被测量出来。

膜片钳在单离子通道记录技术上的优势：

       单离子通道记录根据通道电流的变化情况获知离子通道的开放概率、开关时间，或通过分析施加给离子通道的电压与离子通道电流之间的关系获得细胞离子通道的电导，进而研究细胞膜上特定离子通道的表型、功能及门控机制等对细胞生物学功能的影响。在单离子通道记录中，人们较多采用细胞贴附式、内面向外式和外面向外式三种经典的膜片吸附模式。当微吸管与细胞膜接触时，通过吸吮对微吸管施加负压，从而使得微吸管尖端下方的细胞膜进入微吸管内，即形成细胞贴附式吸附模式。该模式不会破坏细胞膜，极大地保证了细胞的近生理状态。在细胞贴附式吸附模式的基础上将微电极迅速提起，此时吸附的膜片仍然会保留在微吸管内，但是被吸附的膜片会与细胞分离并形成囊泡，暴露在空气中一段时间后该囊泡破裂，即形成内面向外式吸附模式。在细胞贴附式吸附模式的基础上，通过对微吸管施加负压或对被吸附的细胞膜施加瞬间脉冲电压以打破吸到微吸管内的细胞膜，然后在液面以下缓慢提起微电极，被吸附的膜片在拉力作用下缓慢从细胞表面断裂并与细胞分离，随后膜片在断裂处会迅速融合，从而形成新的膜片，即形成外面向外式吸附模式。后两种吸附模式中研究对象只有微吸管撕下来的膜片，因此研究者可以容易地对膜片上的离子通道进行调控和研究。

       细胞的电生理测定技术先后经历了电压钳技术和膜片钳技术两个阶段：在电压钳技术中，测定时需要将电极刺入细胞内部进行电流注入，进而钳制细胞电压，以达到研究细胞电信号的目的。该技术局限于测定全细胞离子电流，而且背景噪声较大，不能满足单离子通道测定的要求。在膜片钳技术中，经过处理的微电极从细胞外部与细胞膜紧密接触形成高阻封接状态，不但大大降低了背景噪声，而且具有测量单离子通道和全细胞离子电流的功能。与电压钳技术相比，膜片钳技术是一种具有更高灵敏度、更高精度和集成化的分析方法，具有更多的钳制细胞的工作模式，成为细胞电生理研究应用中不可或缺的测定手段。下面分别阐述了膜片钳技术的两种记录技术及其相对于电压钳技术的优势。