結構生物化學/膜蛋白/離子通道/膜片鉗
為了測量單個活細胞內部或表面發生的事情，科學家使用了一種稱為膜片鉗的技術，該技術需要一個非常細的吸管緊緊地抵著細胞膜。該技術由 Erwin Neher 和 Bert Sakmann 於 1976 年提出。這種強大的技術能夠測量透過一小片細胞膜的離子電導。觀察到膜電導的逐步變化。這些變化對應於單個離子通道的開啟和關閉。在這種技術中，將一根尖端直徑約為 1 微米的乾淨玻璃吸管壓在完整的細胞上，形成一個密封。吸管的輕微吸力導致形成了一個非常緊密的密封。因此，吸管內部和沐浴液之間的電阻為吉歐姆級。因此，稱為吉歐姆密封的吉歐姆密封確保透過吸管流動的電流與透過吸管覆蓋的膜流動的電流相同。吉歐姆密封使得在已知電壓跨膜的情況下，能夠進行高解析度電流測量。微秒的時間解析度監控透過單個通道的離子流動以及通道的開放和關閉狀態之間的轉換。
膜片鉗 是一種在電生理學中用來研究細胞中離子通道的強大技術。這種技術在研究神經元、肌纖維、胰腺β細胞等方面非常有用。膜片鉗可以應用於研究細菌離子通道。在 20 世紀 70 年代後期和 80 年代初期，Erwin Neher 和 Bert Sakmann 開發了膜片鉗技術，並於 1991 年獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。他們的發現使得記錄和測量單個離子通道的電流成為可能。
用於監測通道活動的膜片鉗技術具有高度的通用性。吸管與一小片質膜之間形成一個高阻抗密封（吉歐姆密封）。這種配置稱為細胞連線模式。透過增加吸力破壞膜片，在吸管和細胞內部之間產生一個低阻抗通路。在這種全細胞模式下，可以監測整個質膜中通道的活性。為了製備切除膜片模式下的膜，吸管從細胞中拉開。一塊質膜及其胞質側現在面向培養基，由膜片吸管監控。
取決於想要研究的內容，可以應用膜片鉗的變體。
透過吸取一小塊膜，破壞膜和細胞質之間的連線，吸管壓在細胞上形成吉歐姆密封。這將使膜片附著在吸管上，並將膜的內部暴露於外部溶液中。在膜片上施加電壓，允許實驗者看到透過單個離子通道的離散電流階躍的記錄，而不會破壞細胞的內部。
這是一種切除膜片技術，因為膜片是從細胞的主體中切除或移除的。內膜表面面向浴液（吸管溶液）。膜的細胞內空間暴露於浴液中，以便測試各種細胞內通道調節劑。
將一根尖端直徑僅為幾微米的全新玻璃吸管輕輕地壓在細胞膜上，形成吉歐姆密封。施加吸力以破壞膜和細胞質。吸管溶液開始混合，使細胞具有與填充吸管的鹽水相似的離子環境。
使用全細胞模式，吸管從細胞中拉開，切除一塊膜，其胞外側面向浴液（填充吸管的溶液）。膜片在胞外側用溶液進行超融合。溶液包含激動劑（如 GABA 或穀氨酸），它們啟用膜片中的受體通道。
一旦建立了全細胞，而不是使用吸力破壞膜片，而是使用含有抗生素的電極溶液擴散到膜片中，形成小的穿孔，為細胞的細胞內側提供電氣通路。
這採用鬆散密封而不是緊密的吉歐姆密封。鬆散密封的一個優點是吸管可以從膜上移除而不會破壞膜，膜仍然保持完整。這使得可以在不破壞膜完整性的情況下對同一細胞進行重複測量。一個缺點是吸管和膜之間的電阻降低，從而允許電流透過密封洩漏。