膜片钳技术研究进展及其应用

膜片钳技术研究进展及其应用1.本文概述膜片钳技术自1976年由ErwinNeher和BernardKatz首次成功应用以来，已成为细胞电生理学研究中的一项革命性技术。该技术能够在单细胞水平上精确测量离子通道的电生理特性，为研究细胞膜上的离子通道和受体功能提供了强有力的工具。本文旨在综述膜片钳技术的研究进展，包括其在不同领域的应用，以及未来发展的可能趋势。本文将回顾膜片钳技术的基本原理和操作方法，介绍其在细胞电生理学领域的重要性。随后，本文将重点探讨膜片钳技术在神经科学、心脏病学、药理学和分子生物学等领域的应用，展示其在揭示细胞功能机制方面的独特价值。本文还将讨论膜片钳技术的最新发展，如高分辨率膜片钳技术、自动化膜片钳系统等，并探讨这些新技术如何进一步推动相关领域的研究。本文将展望膜片钳技术的未来发展方向，包括其在临床诊断和治疗中的应用潜力，以及在基础科学研究中可能的新发现。通过本文的综述，我们期望能够为膜片钳技术的研究者和应用者提供一个全面的参考，促进这一领域的进一步发展和创新。2.膜片钳技术的基本原理膜片钳技术（PatchClampTechnique）是一种用于研究细胞膜上离子通道活动的高精度电生理技术。该技术的核心在于能够记录单个离子通道的电流活动，从而为研究细胞电生理学提供了强大的工具。本节将详细介绍膜片钳技术的基本原理和操作步骤。膜片钳技术最初由ErwinNeher和BernardKatz在1970年代开发。该技术的核心在于使用一种微小的玻璃毛细管（称为膜片）来紧密地贴合在细胞膜上，形成一个高阻抗的密封（GigaohmSeal）。这种密封使得细胞内外的环境被有效地隔离，从而可以精确地记录通过单个离子通道的电流。当膜片与细胞膜形成密封后，离子通道的开放和关闭会导致细胞内外电位的变化。这些变化通过高阻抗放大器被转换为电流信号，进而被记录下来。通过分析这些电流信号，研究人员可以了解离子通道的活动特性，如通道的开放概率、离子选择性、门控机制等。随着技术的发展，膜片钳技术衍生出了多种变体，以适应不同的研究需求。其中最常用的包括全细胞记录（WholeCellRecording）、细胞吸附式膜片钳（CellAttachedPatch）和内窥式膜片钳（InsideOutandOutsideOutPatches）。这些变体在实验设计和数据分析上各有特点，但都基于相同的物理原理。膜片钳实验通常包括以下几个步骤：将玻璃毛细管（膜片）拉制成适当的形状和大小。将其浸入含有细胞的溶液中，利用微操纵技术寻找并贴合到目标细胞上。形成高阻抗密封后，通过微操纵器调整膜片的位置，使其与细胞膜紧密接触。利用电生理仪器记录和分析通过离子通道的电流。膜片钳技术产生的数据通常需要通过专业的软件进行分析。这包括电流的放大、滤波、数字化以及后续的数据处理。通过对电流信号的详细分析，研究人员可以揭示离子通道的动力学特性，如通道开放和关闭的时间常数、电流电压关系等。膜片钳技术在生物学和医学研究中有着广泛的应用。它不仅用于基础研究，如细胞电生理学和神经生物学，还用于药物筛选和疾病机制研究。膜片钳技术对于理解许多疾病（如癫痫、心律失常等）的离子通道功能障碍具有重要意义。总结而言，膜片钳技术作为一种高精度的电生理技术，为研究细胞膜离子通道提供了强大的工具。通过单通道记录、离子通道电流的精确测量以及多种实验操作步骤，膜片钳技术为揭示细胞电生理学机制提供了可能。随着技术的不断发展和应用范围的扩大，膜片钳技术将继续在生物学和医学研究中发挥重要作用。3.膜片钳技术的进展膜片钳技术是一种用于研究细胞电生理特性的实验方法，通过精确控制和测量细胞膜上的电流，可以深入了解细胞的信号传导机制。随着科学技术的发展，膜片钳技术也在不断进步和完善，其应用领域也越来越广泛。近年来，高分辨率膜片钳技术得到了显著的发展。通过提高系统的时间分辨率和空间分辨率，研究者能够更加精确地测量和分析细胞膜上的微小电流变化。这使得研究者能够更深入地了解离子通道的动态行为和细胞信号传导的复杂过程。自动化膜片钳技术的发展极大地提高了实验的效率和可重复性。通过自动化系统，可以连续不断地对大量细胞进行快速测试，减少了人为操作的不确定性和误差。自动化技术还可以实现对实验条件的精确控制，使得实验结果更加可靠。光遗传学是一种利用光来控制细胞内特定事件的技术。将光遗传学与膜片钳技术结合，研究者可以通过光照来精确控制离子通道的开启和关闭，从而研究其在细胞信号传导中的作用。这种结合技术为研究细胞电生理特性提供了新的视角和方法。膜片钳技术与其他生物技术的融合，如电生理学、分子生物学和计算生物学，为研究细胞功能提供了更为全面的分析手段。通过跨学科的技术整合，研究者可以从不同层面深入理解细胞的电生理特性，推动生命科学的研究进展。膜片钳技术的临床应用也在不断拓展。通过研究人类疾病相关的离子通道，膜片钳技术有助于发现新的药物靶点和治疗方法。该技术还可以用于评估药物的安全性和有效性，为临床药物开发提供了重要的实验支持。膜片钳技术的不断进展和创新，不仅推动了基础科学研究的发展，也为临床应用提供了新的可能性。随着技术的进一步成熟和应用，我们有理由相信，膜片钳技术将在未来的科学研究和医学实践中发挥更加重要的作用。4.膜片钳技术在生物学研究中的应用膜片钳技术自发明以来，已经在生物学研究中发挥了重要作用，特别是在神经科学和细胞生理学领域。本节将探讨膜片钳技术在生物学研究中的应用，包括其在理解细胞膜电生理学、神经递质作用机制以及离子通道功能研究中的应用。膜片钳技术为研究者提供了直接测量单个细胞膜电生理特性的能力。通过记录通过细胞膜的离子电流，研究者可以精确地研究细胞膜的离子通道活动。这种技术在揭示细胞膜对不同刺激的反应、细胞兴奋性和信号传导机制方面发挥了关键作用。例如，膜片钳技术已被用于研究心脏细胞中的动作电位，有助于理解心律失常的机制。神经递质是神经细胞间信息传递的关键分子。膜片钳技术使得研究者能够直接观察神经递质如何影响神经元膜上的离子通道。这项技术已被广泛用于研究各种神经递质，如乙酰胆碱、多巴胺和血清素，以及它们在神经疾病中的作用。通过膜片钳技术，研究者可以揭示神经递质如何影响神经元兴奋性和突触传递，为理解神经精神疾病提供了重要信息。离子通道是细胞膜上的蛋白质通道，它们对细胞内外的离子传输起着关键作用。膜片钳技术使研究者能够详细研究这些通道的功能特性，包括它们的门控机制、离子选择性以及在不同生理条件下的调节。这些研究有助于揭示离子通道在细胞功能如肌肉收缩、神经传导和细胞分泌中的作用。膜片钳技术在药物开发中也扮演着重要角色。通过研究药物如何影响细胞膜上的离子通道，研究者可以更好地理解药物的作用机制，并开发出更有效、副作用更小的药物。例如，膜片钳技术已被用于研究抗心律失常药物对心脏细胞离子通道的影响，以及抗癫痫药物如何调节神经元膜的电导。膜片钳技术在建立和研究疾病模型方面也有广泛应用。通过记录疾病模型细胞或组织的电生理特性，研究者可以更好地理解疾病的细胞机制。例如，在研究遗传性离子通道疾病如长QT综合症时，膜片钳技术有助于揭示相关基因突变如何影响离子通道功能。膜片钳技术在生物学研究中具有广泛的应用，特别是在理解细胞膜电生理学、神经递质作用机制和离子通道功能方面。随着技术的不断进步，预计膜片钳技术将在未来的生物学研究中发挥更加重要的作用，为揭示生命科学的基本原理和开发新治疗方法提供关键信息。5.膜片钳技术在医学研究中的应用膜片钳技术自发明以来，已经在医学研究领域中发挥了重要作用。本节将探讨膜片钳技术在疾病机制研究、药物研发以及神经科学领域的应用。膜片钳技术在疾病机制研究中的应用主要集中在离子通道和转运体的功能异常。例如，许多遗传性疾病如长QT综合征、遗传性耳聋等，都与离子通道的功能异常有关。通过膜片钳技术，研究者可以直接测量细胞膜上的离子通道活性，从而深入了解这些疾病的分子机制。膜片钳技术也被用于研究神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病，通过观察这些疾病模型中的离子通道和转运体功能变化，有助于揭示疾病的发病机制。膜片钳技术在药物研发领域具有不可替代的作用。在新药研发过程中，膜片钳技术被广泛用于筛选和评估药物对离子通道和转运体的影响。通过这种技术，研究人员可以精确测量药物对离子通道开放的持续时间、电流幅度等参数的影响，从而评估药物的药效和安全性。膜片钳技术还可以用于研究药物的作用机制，为药物的结构优化和改造提供指导。在神经科学领域，膜片钳技术为研究神经元的工作原理提供了强有力的工具。通过膜片钳技术，研究者可以直接测量神经元膜上的离子通道活动，从而深入了解神经信号的传递过程。膜片钳技术也被用于研究神经元之间的突触传递，有助于揭示学习、记忆等高级神经功能的分子机制。膜片钳技术在医学研究中的应用前景广阔。随着技术的不断发展和完善，膜片钳技术将在揭示疾病机制、药物研发以及神经科学研究等领域发挥更加重要的作用。6.膜片钳技术的未来发展方向技术精度和稳定性的提升：未来的膜片钳技术可能会更加注重提高测量的精度和稳定性，以便更准确地记录和分析细胞的电生理活动。这可能包括开发新的电极材料、改进电极设计以及优化信号处理算法等。自动化和高通量：为了满足大规模药物筛选和基因功能研究的需求，膜片钳技术将趋向于自动化和高通量化。这意味着未来的设备将能够同时对多个细胞进行快速、准确的电生理测量，大大提高研究效率。与其他技术的融合：膜片钳技术可能会与其他生物技术相结合，如与光遗传学、化学遗传学等技术相结合，实现对细胞活动的更精确控制和测量。这种跨学科的技术融合将为研究者提供更全面的实验手段。数据分析和模拟：随着大数据和人工智能技术的发展，未来的膜片钳数据分析可能会更加依赖于先进的统计方法和计算模型。通过构建精确的细胞模型和利用机器学习算法，研究者可以更深入地理解细胞的电生理特性和信号传导机制。临床应用的拓展：膜片钳技术在基础研究领域的成功应用，预示着它在临床诊断和治疗方面也具有巨大的潜力。例如，通过膜片钳技术可以更准确地评估药物的疗效和副作用，为个性化医疗提供依据。教育和培训：随着膜片钳技术在科研和教育领域的普及，未来的发展方向还将包括开发更多的培训课程和教学工具，以帮助新一代科学家和学生掌握这一技术。膜片钳技术的未来发展前景广阔，它将继续在生物医学研究领域发挥重要作用，并可能在新的应用领域中展现出更大的潜力。随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，膜片钳技术将为人类健康和生命科学的进步做出更大的贡献。7.结论膜片钳技术作为一种重要的实验工具，在细胞生物学和神经科学等领域发挥着关键作用。近年来，随着科学技术的进步，膜片钳技术取得了长足的发展。膜片钳放大器的升级和完善使得实验操作更加便捷和高效。多通道膜片钳技术的开发和应用提高了实验的并行性和综合性。膜片钳技术在肿瘤、心血管等领域的应用研究逐年增加，为相关疾病的防治提供了新的思路和方法。在神经科学领域，膜片钳技术主要用于研究神经元离子通道和神经信号转导，帮助揭示神经信号转导的奥秘。在心血管领域，它用于研究心肌细胞和血管平滑肌细胞的离子通道和信号转导机制，为心血管疾病的防治提供理论支持。在内分泌领域，膜片钳技术用于研究激素分泌的调节机制，探究激素对靶细胞的作用及其与疾病的关系。在细胞代谢领域，它用于研究物质跨膜运输、能量转换等过程中的离子通道和膜电位变化，揭示代谢调控的机制。未来，膜片钳技术将继续发展，并与基因组学、蛋白质组学等技术相结合，形成系统性的研究方法，进一步深入探究细胞生物学和医学领域中的复杂问题。同时，通过研究新的药物作用靶点，膜片钳技术有望为新药研发和药物作用机制研究提供有效的实验手段。随着在体膜片钳技术的发展和应用，我们将能够更深入地理解动物生理和病理过程，为医学研究和临床实践带来更多突破。参考资料：膜片钳技术，一种研究细胞膜离子通道的强大工具，自20世纪80年代初问世以来，已经取得了长足的发展并在多个领域展现出广泛的应用价值。本文将详细介绍膜片钳技术的发展历程、主要技术方法以及在生理学、药理学和疾病机理研究等方面的应用。膜片钳技术，又称为全细胞膜片钳技术，主要通过对细胞膜的“膜片”进行夹持和封接，记录其上的离子通道活动。这一技术的出现，使得研究者能够直接对单个离子通道的电生理活动进行检测和分析，从而深入了解离子通道的生理功能以及药物作用机制。自20世纪80年代初膜片钳技术诞生以来，该技术经历了不断的发展和优化。最初的全细胞膜片钳技术已逐渐演化为包括单通道膜片钳、多通道膜片钳、芯片膜片钳等在内的多种技术。这些技术的发展，使得研究者能够更精确地研究不同类型细胞、不同亚细胞结构以及不同生理病理条件下的离子通道功能。生理学研究：膜片钳技术是研究细胞膜离子通道功能的重要手段，通过对离子通道的电生理特性进行记录和分析，可以深入了解其在细胞生理功能中的作用。例如，通过对心肌细胞钙离子通道的研究，有助于理解心脏电生理活动的机制。药理学研究：膜片钳技术为药物作用机制的研究提供了有效手段。研究者可以通过该技术观察药物对特定离子通道的作用，从而深入了解药物的疗效和作用机制。这对于新药研发和药物作用机制的研究具有重要意义。疾病机理研究：许多疾病的发生和发展与离子通道的功能异常有关。膜片钳技术有助于研究这些疾病的发病机制，并为疾病治疗提供新的思路和方法。例如，一些心血管疾病、神经系统疾病和肿瘤等都与特定离子通道的功能异常有关，通过膜片钳技术可以深入了解这些疾病的发病机制，为疾病的治疗提供新的药物靶点。毒理学研究：膜片钳技术也可用于研究化学物质对离子通道的影响，从而评估其对人体的潜在危害。例如，某些工业化学品和农药可能影响神经细胞的钠离子通道或氯离子通道，导致神经系统的损伤或中毒症状。通过膜片钳技术可以深入了解这些化学物质的作用机制，为毒理学研究和环境保护提供有力支持。生物医学工程：膜片钳技术还可应用于生物医学工程领域，例如人工器官、仿生材料和生物传感器等。通过研究和模拟细胞膜离子通道的功能，有助于开发具有生物活性的新材料和器件，推动医学工程领域的发展。膜片钳技术的发展及其应用表明了其在生命科学、药理学、毒理学和生物医学工程等领域的重要价值。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，膜片钳技术将继续发挥重要作用，为人类健康和生活质量的提高做出贡献。在神经科学领域，膜片钳技术被广泛应用于研究神经元和突触的电生理特性。通过使用膜片钳技术，科学家可以记录神经元膜通道的电流，研究神经信号的传递和调节机制。例如，陈教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了一种新的神经调节机制，他们发现了一种离子通道蛋白，可以调节神经元的兴奋性，从而对神经信号的传递产生影响1。在细胞生物学领域，膜片钳技术被用于研究细胞的跨膜运输和信号转导机制。科学家可以记录细胞膜通道的开放和关闭，研究物质进出细胞的方式和调控机制。例如，张教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了新的钙离子通道，并研究了其在对细胞生长和凋亡的调控中的作用2。在代谢疾病领域，膜片钳技术也被用于研究代谢过程中细胞膜通道的变化。例如，糖尿病患者的肾小管上皮细胞钠通道存在异常，导致钠重吸收增加，从而影响血糖的排泄和代谢。李教授和他的研究团队利用膜片钳技术发现了这一现象，为糖尿病的治疗提供了新的思路3。膜片钳技术在各学科研究中都具有广泛的应用前景。随着科学技术的发展，膜片钳技术仍然面临着一些挑战，例如通道蛋白多样性和复杂性的问题，以及实验数据的分析和解读问题。未来，随着膜片钳技术的不断改进和新技术的应用，我们相信这些问题会逐渐得到解决。膜片钳技术是一种在细胞生物学和神经科学等领域广泛应用的实验技术，用于研究细胞膜离子通道和细胞信号转导等方面的问题。近年来，随着科学技术的发展，膜片钳技术也在不断进步和完善，并逐渐应用于其他领域。本文将介绍膜片钳技术的进展及其在各领域的应用实例，并展望未来的发展方向和趋势。膜片钳技术是一种通过封堵细胞膜上的离子通道或受体，记录通道电流或膜电位的变化，从而研究细胞膜离子通道和细胞信号转导的实验技术。其基本原理是当细胞膜被钳制后，通过控制膜片两侧的离子浓度和电位差，引起膜片上的离子通道开放或关闭，从而产生电流或电位变化。通过测量这些电流或电位变化，可以研究通道的电学特性和调控机制。膜片钳技术的主要设备包括膜片钳放大器、膜片钳电极和细胞培养装置等。随着技术的发展，膜片钳技术逐渐实现了从单通道到多通道，从离体到在体的发展，进一步提高了实验的准确性和可靠性。同时，膜片钳技术在应用过程中也存在一些不足之处，如对细胞造成机械损伤、实验条件难以控制等。近年来，膜片钳技术的研究主要集中在探索新的技术方法和应用领域。膜片钳放大器不断升级和完善，使得实验操作更加便捷和高效；多通道膜片钳技术的开发和应用，提高了实验的并行性和综合性；膜片钳技术在肿瘤、心血管等领域的应用研究也逐年增加，为相关疾病的防治提供了新的思路和方法。膜片钳技术在神经科学领域的应用主要集中在研究神经元离子通道和神经信号转导方面。通过膜片钳技术可以记录神经元上的各种离子通道电流，研究通道的电学特性和调控机制，揭示神经信号转导的奥秘。在心血管领域，膜片钳技术可以应用于研究心肌细胞和血管平滑肌细胞的离子通道和信号转导机制，为心血管疾病的防治提供理论支持和实践指导。在内分泌领域，膜片钳技术可以应用于研究激素分泌的调节机制，探究激素对靶细胞的作用及其与疾病的关系。在细胞代谢领域，膜片钳技术可以研究物质跨膜运输、能量转换等过程中的离子通道和膜电位的变化，揭示代谢调控的机制。随着科学技术的发展，膜片钳技术将继续升级和完善，拓展其应用领域。未来，膜片钳技术将与基因组学、蛋白质组学等技术相结合，形成系统性的研究方法，进一步深入探究细胞生物学和医学领域中的复杂问题。通过研究新的药物作用靶点，膜片钳技术可以为新药研发和药物作用机制研究提供有效的实验手段。随着在体膜片钳技术的发展和应用，将对动物生理和病理状态下细胞离子通道和信号转导的研究提供更加直观和准确的数据。膜片钳技术作为细胞生物学和医学等领域的重要实验技术，在研究细胞离子通道、信号转导及药物作用机制等方面具有广泛的应用前景。通过不断升级和完善技术本身及其与其他技术的结合，将有助于深入探究生命科学领域的复杂问题，为人类疾病的防治和健康事业的发展做出重要贡献。1976年德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann创建了膜片钳技术（patchclamprecordingtechnique）。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。它和基因克隆技术（genecloning）并架齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。膜片钳技术是用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆以上的阻抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定点位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA级）进行监测记录的方法用场效应管运算放大器构成的I-V转换器是测量回路的核心部分。在场效应管运算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，由于短路负端子以及膜片都可等电位地达到钳制的目的，当膜片微电极尖端与默片之间形成10GΩ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（lp）而被测量出来。这一伟大的贡献，使Neher和Sakmann获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。该技术是由电压钳（voltageclamp）发展而来的，电压钳技术由Cole和Marment设计，后经Hodgkin和Huxley改进并成功地应用于神经纤维动作电位的研究。其设计原理是根据离子作跨膜移动时形成了跨膜离子电流（I），而通透性即离子通过膜的难易程度，其膜电阻（R）的倒数，也就是膜电导（G）。膜对某种离子通透性增大时，实际上时膜电阻变小，即膜对该离子的电导加大。根据欧姆定律U=IR，即I=U/R=UG，所以，只要固定膜两侧电位差（U）时，测出的跨膜电流（I）的变化，就可作为膜电导变化的度量，即可了解膜通透性的改变情况。1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到ACh激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O的负压吸引，得到10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），大大降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进，引进了膜片游离技术和全细胞记录技术，从而使该技术更趋完善，具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一书问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出贡献，荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来，由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就代表单一离子通道电流。膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经科学是一具有重大意义的变革。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的（或多个）的离子通道分子活动的技术。此技术的出现自然将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起，同时又将神经科学的不同分野必然地融汇在一起，改变了既往各个分野互不联系、互不渗透，阻碍人们全面认识能力的弊端。膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”。是研究离子通道的最重要的技术。目前膜片钳技术已从常规膜片钳技术（Conventionalpatchclamptechnique）发展到全自动膜片钳技术（Automatedpatchclamptechnique）。传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞（或一对细胞），对实验人员来说是一项耗时耗力的工作，它不适合在药物开发初期和中期进行大量化合物的筛选，也不适合需要记录大量细胞的基础实验研究。全自动膜片钳技术的出现在很大程度上解决了这些问题，它不仅通量高，一次能记录几个甚至几十个细胞，而且从找细胞、形成封接、破膜等整个实验操作实现了自动化，免除了这些操作的复杂与困难。这两个优点使得膜片钳技术的工作效率大大提高了！签于全自动膜片钳技术的这些优点，目前已经广泛的用于药物筛选。图1是表示膜片钳法各种模式的模式图，首先建立的单通道记录是细胞吸附式，其后又建立了膜内面向外和膜外面向内的模式。最近，又分别建立了开放的细胞吸附式膜内面向外和穿孔囊泡膜外面向外的模式。全细胞记录法是指在常规的方法的基础上，附加穿孔膜片的模式。将膜片微电极吸附在细胞膜上对但离子通道电流进行记录的模式。其优点是在细胞内环境保持正常的条件下可以对离子通道活动进行观察记录。但是由于不能认为直接地控制细胞内环境条件也不能确切的潘明细胞内点位，所以其缺点是不清楚膜片上的实效点位。从细胞吸附模式将已形成巨阻抗封接的膜片微电极向上提起时，则膜片即从细胞体上被切割分隔下来，形成膜内面向外的模式。从全细胞模式将膜片微电极向上提起可得到切割分离的膜片，由于它的细胞膜内侧面面对膜片微电极腔内液，膜外面自然封闭而对外，所以这个模式被称为莫外面向内模式。将细胞吸附模式的膜片以外的某部位的胞膜进行机械地破坏，经破坏孔调控细胞内液并在细胞吸附状态下进行内面向外的单一离子通道记录。从穿孔膜片模式将膜片微电极向上提起，便在微电极尖端处形成一个膜囊泡，如果条件较好，此膜囊泡内不仅有细胞质因子还可有线粒体等细胞器存在。在细胞吸附模式上将膜打穿成孔，记录膜片以外部位的全细胞膜的离子电流，这时全细胞模式。将硅酮树酯涂于微电极的最尖端以外的部分，然后将其通过加热镍铬电阻线圈而烘干变固。在显微镜下，将微电极尖端接近热源进行热刨光处理可提高巨阻抗封接的成功率。用于灌充微电极的液体需经为空滤膜过滤，出去妨碍巨阻抗封接形成的灰尘。膜片钳技术发展至今，已经成为现代细胞电生理的常规方法，它不仅可以作为基础生物医学研究的工具，而且直接或间接为临床医学研究服务，目前膜片钳技术广泛应用于神经（脑）科学、心血管科学、药理学、细胞生物学、病理生理学、中医药学、植物细胞生理学、运动生理等多学科领域研究。随着全自动膜片钳技术（Automaticpatchclamptechnology）的出现，膜片钳技术因其具有的自动化、高通量特性，在药物研发、药物筛选中显示了强劲的生命力。使用的标本种类繁多。从最早的肌细胞（心肌、平滑肌、骨骼肌）、神经元和内分泌细胞发展到血细胞、肝细胞、耳窝毛细胞、胃壁细胞、上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞、精母细胞等多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞（包括细胞株）发展到组织片（如脑片、脊髓片）乃至整体动物；从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾卵母细胞发展到鸡细胞、大鼠细胞、人细胞等等；从动物细胞发展到细菌、真菌以及植物细胞。膜片钳技术还广泛地应用到平面双分子层（Planarbilayer）、脂质体（Liposome）等人工标本上。研究对象已经不局限于离子通道。从对离子通道（配体门控性、电压门控性、第二信使介导的离子通道、机械敏感性离子通道以及缝隙连接通道等等）的研究发展到对离子泵、交换体以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。应用膜片钳技术可以直接观察和分辨单离子通道电流及其开闭时程、区分离子通道的离子选择性、同时可发现新的离子通道及亚型，并能在记录单细胞电流和全细胞电流的基础上进一步计算出细胞膜上的通道数和开放概率，还可以用以研究某些胞内或胞外物质对离子通道开闭及通道电流的影响等。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，膜片钳技术可用于离子通道分子结构与生物学功能关系的研究。利用膜片钳技术还可以用于药物在其靶受体上作用位点的分析。如神经元烟碱受体为配体门控性离子通道，膜片钳全细胞记录技术通过记录烟碱诱发电流，可直观地反映出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，离子通道开放、关闭的动力学特征及受体的失敏等活动。使用膜片钳全细胞记录技术观察拮抗剂对烟碱受