膜片鉗是一種電生理學實驗室技術，用于研究單個分離的活細胞、組織切片或細胞膜貼片中的離子電流。該技術特別適用于神經元、心肌細胞、肌纖維和胰腺β細胞等可興奮細胞的研究，也可應用于專門制備的巨型原生質球中細菌離子通道的研究。

可以使用電壓鉗位技術執行貼片鉗位。在這種情況下，細胞膜上的電壓由實驗者控制，并記錄產生的電流。或者，可以使用電流鉗技術。在這種情況下，通過膜的電流由實驗者控制，并記錄由此產生的電壓變化，通常以動作電位的形式。

ErwinNeher和BertSakmann在1970年代末和1980年代初開發了膜片鉗。這一發現首次使記錄單個離子通道分子的電流成為可能，從而提高了對通道參與基本細胞過程（如動作電位和神經活動）的理解。Neher和Sakmann因這項工作獲得了1991年的諾貝爾生理學或醫學獎。

在膜片鉗記錄過程中，被稱為微量移液器或膜片移液器的中空玻璃管??充滿電解質溶液和連接到放大器的記錄電極與隔離細胞的膜接觸。另一個電極放置在圍繞細胞或組織的浴槽中作為參考接地電極。可以在記錄電極和參考電極之間形成電路，感興趣的細胞位于其間。

用于制備用于膜片鉗和其他記錄的微量移液器的移液器拉拔器裝置的示意圖在全細胞或穿孔膜片鉗期間形成的電路

填充貼片吸管的溶液可能與浴液的離子成分相匹配，如在細胞附著記錄的情況下，或與細胞質相匹配，用于全細胞記錄。浴液中的溶液可能與生理細胞外溶液、細胞質相匹配，或者完全是非生理的，這取決于要進行的實驗。研究人員還可以通過添加離子或藥物來研究不同條件下的離子通道，從而改變浴液（或不太常見的移液器溶液）的含量。

根據研究人員試圖測量的內容，所用移液器吸頭的直徑可能會有所不同，但通常在微米范圍內。這種小尺寸用于包圍通常僅包含一個或幾個離子通道分子的細胞膜表面區域或“補丁”。這種類型的電極與傳統細胞內記錄中用于刺穿細胞的“尖銳微電極”不同，它被密封在細胞膜表面，而不是通過它插入。

在一些實驗中，微量移液管尖端在微鍛造中被加熱以產生光滑的表面，這有助于與細胞膜形成高電阻密封。為了獲得這種高阻力密封，將微量移液器壓在細胞膜上并施加吸力。細胞膜的一部分被吸入移液管，形成一個歐米茄形的膜區域，如果形成正確，會產生10-100吉歐范圍內的電阻，稱為“千兆歐密封”或“千兆密封”。這種密封件的高電阻使得能夠以電子方式隔離通過薄膜貼片測量的電流，而幾乎沒有競爭噪聲，以及為錄音提供一些機械穩定性。

許多膜片鉗放大器不使用真正的電壓鉗電路，而是使用浴電極設置零電流（接地）電平的差分放大器。這允許研究人員在觀察電流變化的同時保持電壓恒定。為了進行這些記錄，將貼片移液器與接地電極進行比較。然后將電流注入系統以保持恒定的設定電壓。鉗位電壓所需的電流與通過膜的電流符號相反且大小相等。

或者，細胞可以在全細胞模式下進行電流鉗位，保持電流恒定，同時觀察膜電壓的變化。

膜片鉗方法的這種變化與全細胞配置非常相似。主要區別在于，當實驗者形成千兆歐密封時，不使用吸力來破裂貼膜。相反，電極溶液含有少量抗真菌劑或抗生素，例如兩性霉素-B、制霉菌素或短桿菌肽，它們會擴散到膜貼片中并在膜中形成小孔，從而為細胞內部提供電通路。在比較全細胞和穿孔貼片方法時，可以將全細胞貼片視為一扇敞開的門，移液管溶液中的分子與細胞質之間發生完全交換。穿孔的貼片可以比作一個紗門，它只允許某些分子從移液管溶液交換到細胞的細胞質。

相對于全細胞記錄，穿孔貼片方法的優點包括抗生素孔的特性，它只允許貼片吸管和細胞溶膠之間的小單價離子平衡，但不能平衡不能通過孔的較大分子。這種特性保持了二價離子（如Ca2+）和信號分子（如cAMP）的內源水平。因此，可以記錄整個細胞，如全細胞膜片鉗，同時保留大多數細胞內信號傳導機制，如細胞附著記錄。結果，減少了電流損耗，并且穩定的穿孔補丁記錄可以持續超過一小時。缺點包括由于部分膜占據電極尖端，相對于全細胞而言，訪問電阻較高。這可能會降低當前分辨率并增加錄制噪音。抗生素穿孔膜也可能需要很長時間（兩性霉素B大約需要15分鐘，短桿菌肽和制霉菌素需要更長的時間）。電極尖端下方的膜被抗生素形成的穿孔削弱并可能破裂。如果貼片破裂，則記錄會以全細胞模式進行，抗生素會污染細胞內部。

松散膜片鉗與此處討論的其他技術不同，它采用松散密封（低電阻）而不是傳統技術中使用的緊密千兆密封。這種技術早在1961年就被使用，正如Strickholm在一篇關于肌肉細胞表面阻抗的論文中所描述的那樣，但在被Almers、Stanfield和Stühmer再次提出并命名之前，幾乎沒有受到關注1982年后膜片鉗被確立為電生理學的主要工具。

為了在細胞膜上實現松動的膜片鉗，移液器緩慢地移向細胞，直到細胞和移液器之間的接觸電阻增加到比電極單獨電阻大幾倍的電阻。移液器離膜越近，移液器吸頭的阻力就越大，但如果太靠近會形成密封，并且很難在不損壞細胞的情況下取出移液器。對于松散貼片技術，移液器沒有足夠靠近膜以形成千兆密封或xxx連接，也無法刺穿細胞膜。細胞膜保持完整，缺乏緊密密封會產生一個小間隙，離子可以通過該間隙穿過細胞外而不會進入移液器。

松式密封的一個顯著優點是使用的移液器可以在記錄后反復從膜上取下，而膜將保持完整。這允許在同一池的多個位置重復測量，而不會破壞膜的完整性。這種靈活性對于研究肌肉細胞特別有用，因為它們在真實生理條件下收縮，快速獲取記錄，并且在不采取嚴厲措施阻止肌肉纖維收縮的情況下這樣做。一個主要缺點是移液管和膜之間的電阻xxx降低，允許電流通過密封件泄漏，并顯著降低小電流的分辨率。然而，這種泄漏可以部分糾正，這提供了比較和對比從感興趣的細胞上不同區域制作的記錄的機會。鑒于此，據估計，松散貼片技術可以解析小于1mA/cm2的電流。

該方法結合了細胞成像、RNA測序和膜片鉗，用于全面表征多種模式的神經元。由于神經組織是轉錄組最多樣化的細胞群之一，因此將神經元分類為細胞類型以了解它們形成的回路是神經科學家面臨的一項重大挑戰。事實證明，將經典分類方法與單細胞RNA測序事后結合起來既困難又緩慢。通過結合多種數據模式，例如電生理學、測序和顯微鏡,Patch-seq允許同時以多種方式表征神經元。目前，與其他測序方法相比，它的吞吐量較低，這主要是由于在神經元上實現成功的膜片鉗記錄所涉及的手工勞動。目前正在研究自動化膜片鉗技術，這也將提高patch-seq的吞吐量。

為了在更短的時間內廉價地收集大量數據，已經開發了自動膜片鉗系統。此類系統通常包括一次性使用的微流體裝置，注射成型或聚二甲基硅氧烷(PDMS)鑄造芯片，以捕獲一個或多個細胞，以及一個集成電極。

在這種自動化系統的一種形式中，使用壓力差來迫使正在研究的細胞被拉向移液管開口，直到它們形成千兆密封。然后，通過將移液管尖端短暫暴露在大氣中，從移液管突出的膜部分爆裂，膜現在處于由內向外的構象，位于移液管尖端。在一個完全自動化的系統中，移液器和膜貼片可以通過一系列不同的測試溶液快速移動，從而在記錄過程中將不同的測試化合物應用于膜的細胞內側。