膜片钳原理
上海细胞生物学膜片钳原理
上海细胞生物学膜片钳原理
上海细胞生物学膜片钳是一种用于研究细胞膜的工具。
它的原理是利用微型玻璃针将细胞膜穿过，形成一个微小的孔洞，然后通过电生理技术来研究细胞膜的性质和功能。
膜片钳的制备需要一定的技术和经验。
首先需要制备一根微型玻璃针，然后将其加热并拉伸成一根细长的管状结构。
接着，将这个管状结构用火焰加热，使其尖端变得非常细小，形成一个微型针头。
最后，将这个微型针头与一个真空管连接起来，形成一个膜片钳。
使用膜片钳进行实验时，首先需要将细胞放置在一个含有离子的溶液中，然后将膜片钳放置在细胞膜上。
通过微调膜片钳的位置，可以将细胞膜穿过，形成一个微小的孔洞。
这个孔洞非常小，只有几个纳米大小，但足以让离子通过。
通过电生理技术，可以测量这个孔洞中的离子流动情况。
这样就可以研究细胞膜的性质和功能，比如细胞膜的通透性、离子通道的特性等等。
此外，膜片钳还可以用于研究药物对细胞膜的影响，以及研究细胞膜与其他细胞结构之间的相互作用。
上海细胞生物学膜片钳是一种非常重要的实验工具，它可以帮助科学家们更深入地研究细胞膜的性质和功能，为生物学研究提供了重要的支持。
膜片钳使用规则
膜片钳使用规则一、工作原理：1.膜片钳是一种可以直接观察单一的离子通道蛋白质分子对相应离子通透难易程度等特性的一种实验技术。
其基本原理是用一个尖端光洁，直径约为0.5~3um 的玻璃微电极同神经或肌细胞的膜接触而不刺入，然后在微电极另一端开口处施加适当的负压，将与电极尖端接触的那一小片膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，这样在这一小片膜周边与微电极开口处的玻璃边沿之间，会形成紧密的封接，其电阻可达数个或数十个千兆欧，这实际上把吸附在微电极尖端开口处的那一片膜同其余部分的膜在化学上完全隔离出来，由微电极记录到的电流变化只同该膜片中通道分子的功能状态有关。
如果在这一小片膜中只包含了一个或少数几个通道蛋白分子，那么通过微电极测量出的电流，就是某种带电离子经由开放的单一通道蛋白质分子进行跨膜移动的结果。
二、操作步骤：1.打开总电源。
2.依次打开电脑、显微镜、监视器、微操、放大器。
3.打开PULSE软件，在E盘建立自己的文件夹。
4.灌注玻璃电极并排空气体。
5.装上玻璃电极，浸入液面并调至视野范围。
6.点击set-up，将增益调为0.5，点Auto，记录电极电阻。
7.封接细胞，若上G，提起或吸破细胞。
8.依次点击on-cell，whole-cell补偿。
9.选定In-out或whole-cell模式进行实验。
10.用毕请关闭仪器，并切断总电源。
三、注意事项：1.每天做实验前请用清水拖地，以防尘埃、静电伤害机器。
2.拉制仪使用前需预热15-30min。
3.银丝电极及地线发白时，请先用砂纸轻微打磨，再浸入新鲜的次氯酸钠溶液镀氯化银，如果银丝电极30min未变黑，则考虑更换次氯酸钠。
4.先开放大器，后开软件；先关软件，后关放大器。
5.非必须用到汞灯时请不要打开汞灯电源，打开后至少需1个小时才可关闭。
6.在放大器打开时绝对不能用手、金属物品或其它导电的物品接触电极丝（包括地线），在取放细胞片时请关闭放大器。
7.向玻璃微电极灌注内液时切勿灌太多（1cm左右为适），以防液体进入银丝底部增加噪声。
膜片钳技术的基本原理
膜片钳技术的基本原理膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA 级）进行检测记录。
膜片钳技术的原理及应用（综述）Intro：细胞是构成生物体的基本单位。
细胞内和细胞之间的信号传导的重要途径是通过镶嵌在细胞膜上的离子通道蛋白进行的。
1976年，德国的两位细胞生物学家埃尔温. 内尔（Erwin Neher）和贝尔特. 萨克曼（Bert Sakmann）建立了一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一或多数离子通道分子活动的技术，成为膜片钳技术（Patch Clamp）。
这一技术使对细胞电活动的研究精度提高到1pA的电流分辨率，1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率水平，是细胞和分子水平的生理学研究领域的一次革命性突破。
它与基因克隆技术（Gene Cloning）并驾齐驱，推动了生命科学研究的迅速发展。
为此，1991年的诺贝尔医学与生理学奖授予了这两位学者，以表彰他们的突出贡献。
这一能精确描述细胞通道特征的实验方法在问世后的短短十几年时间里，已经在生物学研究领域显示出了非常重要的意义和广阔的应用前景。
一. 膜片钳技术的基本原理膜片钳技术运用微玻管电极（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以千兆欧姆[gigaohm seal,1010欧姆（GΩ）]以上的阻抗使之对接，使与电极尖开口处相接的细胞膜小片区域（膜片）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA级）进行检测记录。
（如图1）图1 膜片钳技术原理图Rs是与膜片阻扰相串联的局部串联电阻（或称入路阻扰），Rseal是封接阻抗。
Rs通常为1-5MΩ，若Rseal高达10GΩ以上时成为Ip/I=Rseal/（Rs+Rseal）-1，此Ip可作为在I-V转换器（点线）内的高阻扰反馈电阻（Rf）的电压下降而被检出。
细胞生物学膜片钳成像研究方案
细胞生物学膜片钳成像研究方案细胞膜是细胞最外层的一层膜，它扮演着维持细胞内外环境稳定的关键角色。
细胞膜的形态、运动和功能对细胞的生长发育及代谢活动起着至关重要的影响。
为了研究细胞膜的结构和功能，科学家们发明了一种专门用于研究细胞膜的工具——膜片钳。
这篇文章将详细介绍膜片钳成像研究方案。
一、膜片钳原理膜片钳原理是通过将一根精细的玻璃针端粘附在细胞膜上，控制针的移动，形成一个小型膜片，进而观察膜片表面和内部的结构和功能。
二、膜片钳制备制备膜片钳的关键是制备尖端的玻璃微针。
一般使用拉伸法制备微针，首先是将一段粗玻璃毛细管加热，使其柔软，然后拉伸成一根细长的玻璃针，最后将末端研磨成尖端。
在制备过程中需要注意保持微针的平衡和尖端的光滑度。
三、膜片钳成像膜片钳成像技术可以通过光学显微镜进行观察。
对于表面结构的观察，采用反射式显微镜对针尖下的细胞膜进行观察；对于内部结构的观察，采用荧光染色或融合表达荧光蛋白技术对膜片内部进行标记和观察。
四、膜片钳应用1. 研究细胞膜的电极性通过模拟离子流动并研究细胞膜电势变化，可以为准确理解细胞生物电现象提供必要的信息。
2. 研究膜蛋白的结构和功能通过观察膜片上的蛋白结构和对蛋白功能的研究，可以深入解析细胞膜功能的化学机制。
3. 研究膜增厚现象通过控制膜片的厚度，可以观察细胞膜增厚的过程和机制，为深入研究细胞膜生物学提供有价值的信息。
五、膜片钳的优缺点膜片钳成像技术可以实现对细胞膜表面和内部结构的高清晰度成像，是观察细胞膜的一个重要手段。
但是，膜片钳技术需要精细制备和操作，需要一定的技术力和时间耗费，同时也存在损伤细胞的风险。
六、结语随着细胞生物学研究的深入，膜片钳成像技术的应用范围也在不断扩大。
通过对细胞膜的结构和功能进行深入研究，我们可以更好地理解细胞生命的本质，为生命科学的发展提供强大的支持。
上海细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤
上海细胞生物学膜片钳电生理技术原理及步骤细胞生物学是研究细胞结构、功能和生理过程的学科，而膜片钳电生理技术是细胞生物学中的一种重要技术手段。
本文将介绍上海细胞生物学膜片钳电生理技术的原理及步骤。
一、原理膜片钳电生理技术是一种用于研究细胞膜离子通道的技术。
其原理是利用玻璃微管制成的膜片钳，将其吸附在细胞膜上，形成一个微小的封闭空间，即膜片钳。
通过在膜片钳上施加一定的电压，可以控制细胞内外液体的离子浓度，从而研究细胞膜离子通道的电生理特性。
二、步骤1. 制备膜片钳制备膜片钳需要用到玻璃微管，将其拉制成细长的管状，然后用火烧制成膜片钳。
制备好的膜片钳需要经过严格的检测，确保其质量符合要求。
2. 细胞培养需要选取适合的细胞进行培养，一般选择小鼠神经元或人类癌细胞等。
细胞需要在培养皿中进行培养，保证其生长繁殖。
3. 细胞贴壁将培养好的细胞移植到实验室制备好的培养皿中，让其自然贴壁。
贴壁后的细胞需要进行一定的处理，如加入酶类物质，使其膜片变得柔软。
4. 制备膜片钳将制备好的膜片钳放置在细胞膜上，通过吸附的方式将其固定在细胞膜上。
制备好的膜片钳需要经过严格的检测，确保其质量符合要求。
5. 施加电压通过在膜片钳上施加一定的电压，可以控制细胞内外液体的离子浓度，从而研究细胞膜离子通道的电生理特性。
在施加电压的过程中，需要注意控制电压的大小和时间，以避免对细胞造成损伤。
6. 数据分析通过对实验数据的分析，可以得出细胞膜离子通道的电生理特性，如离子通道的开放概率、电导率等。
这些数据可以为后续的研究提供重要的参考。
上海细胞生物学膜片钳电生理技术是一种重要的细胞生物学研究手段，通过制备膜片钳和施加电压等步骤，可以研究细胞膜离子通道的电生理特性，为细胞生物学研究提供了重要的工具和方法。
膜片钳技术原理
膜片钳技术原理膜片钳技术是一种常见的实验技术，广泛应用于生物学、药理学、细胞生物学等领域。
它是利用一种特殊的仪器，通过对细胞膜的控制和操作，实现对细胞内外环境的调控和研究。
膜片钳技术的原理主要涉及到膜片形成、膜片钳的构造和工作原理等方面，下面将对这些内容进行详细介绍。
首先，膜片的形成是膜片钳技术的基础。
膜片是由玻璃或石英毛细管制成的，其内外涂有一层导电性金属。
在形成膜片的过程中，需要将毛细管和细胞膜接触，利用毛细管的吸附作用将细胞膜抽附到毛细管上，形成一个微小的膜片。
这一步骤的关键是要保持膜片的完整性和稳定性，以确保后续实验的准确性和可靠性。
其次，膜片钳的构造是实现膜片钳技术的重要工具。
膜片钳通常由微操作系统、压力控制系统、电压控制系统等组成。
微操作系统用于控制膜片的形成和定位，压力控制系统用于控制膜片与细胞膜的接触压力，电压控制系统用于记录和调节膜片与细胞膜之间的电压变化。
这些系统的协同工作，使得膜片钳能够对细胞膜进行高度精准的操作和控制。
最后，膜片钳技术的工作原理是通过对膜片与细胞膜之间的接触和电学特性的测量，实现对细胞内外环境的调控和研究。
在实验中，可以通过改变膜片与细胞膜的接触压力和电压，观察细胞膜的电学特性和通透性的变化，从而研究细胞的离子通道、受体通道等功能。
同时，也可以利用膜片钳技术对细胞内外环境的离子浓度、pH值等进行精准调控，以研究细胞的生理和病理过程。
总之，膜片钳技术是一种重要的细胞生物学实验技术，其原理涉及膜片的形成、膜片钳的构造和工作原理等方面。
通过对这些原理的深入理解和掌握，可以更好地应用膜片钳技术进行细胞内外环境的调控和研究，为生物学、药理学等领域的研究工作提供重要的技术支持。
膜片钳的原理和应用
膜片钳的原理和应用膜片钳的原理膜片钳是一种常见的机械制动器，它的工作原理基于膜片的弹性变形和钳片的夹持作用。
膜片钳由膜片和钳片组成，通过外部力的作用，使膜片产生变形，进而通过钳片的夹持实现制动功能。
膜片钳的主要部件是膜片，膜片通常由弹簧钢或不锈钢材料制成，具有良好的弹性。
当膜片钳受到外部力的作用时，膜片会发生弹性变形，从而产生一定的弹性力，通过这种弹性力的作用，将制动器与被制动器之间产生接触，并通过膜片的变形实现制动。
膜片钳的应用膜片钳由于其结构简单、可靠性高、使用寿命长等特点，被广泛应用于各个领域。
1. 汽车制动系统膜片钳在汽车制动系统中起到至关重要的作用。
汽车制动系统中的制动器通常由膜片钳和摩擦材料组成。
当驾驶员踩下制动踏板时，膜片钳受到踏板力的作用，膜片钳的膜片发生弹性变形，钳片夹持摩擦材料与制动器之间的摩擦面，实现制动效果。
2. 工业机械膜片钳在工业机械中也有广泛的应用。
例如，膜片钳可以用于制动装置，通过膜片的变形实现机械的制动。
此外，膜片钳还可以用于离合器，通过膜片的弹性变形实现传动效果。
3. 制动防抱死系统膜片钳还可以应用于汽车的制动防抱死系统中。
制动防抱死系统通过利用膜片钳的快速反应和可靠的制动效果，实现对车轮的减速和控制，防止车轮抱死，提高行车安全性。
4. 其他领域膜片钳还可以应用于其他领域，如航空航天、医疗设备等。
在航空航天领域，膜片钳可以用于飞机的刹车系统，通过膜片钳的制动作用实现飞机的停止。
在医疗设备中，膜片钳可以用于手术器械的夹持，实现准确和可靠的操作。
总结膜片钳是一种常见的机械制动器，通过膜片的弹性变形和钳片的夹持作用实现制动功能。
膜片钳由于其结构简单、可靠性高、使用寿命长等特点，在汽车制动系统、工业机械、制动防抱死系统以及其他领域都有广泛的应用。
膜片钳的应用使得各个领域的设备和机械能够实现安全、可靠的操作。
膜片钳技术
膜片钳技术1、膜片钳技术原理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，因此，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。
膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路，将微电极尖端所吸附的一个至几个平方微米的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观察，从而研究其功能。
膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极尖端边缘与细胞膜之间形成高阻密封，其阻抗数值可达10～100 GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。
由于此阻值如此之高，故基本上可看成绝缘，其上之电流可看成零，形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。
此密封不仅电学上近乎绝缘，在机械上也是较牢固的。
又由于玻璃微电极尖端管径很小，其下膜面积仅约1 μm2，在这么小的面积上离子通道数量很少，一般只有一个或几个通道，经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少，可以忽略，也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略，那么，只要保持电极内电位不变，则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变，从而实现电位固定。
膜片钳技术的原理图[51]Rs是与膜片抗阻串联的局部串联电阻（或称入路阻抗），Rseal是封接阻抗。
RS通常为1~5MΩ，如果Rseal高达10GΩ以上是成为Ip/I=Rseal/(Rs+Rseal)-1。
此Ip可作为I~V转换器（点线）内的高阻抗负反馈电阻（Rf）的电压下降而被检测出。
实际上这是场效应管运算放大器（A1）的输出中包括着膜电阻成分，这部分将在通过第二级场效应管运算放大器（A2）时被减掉。
本实验采用的是全细胞记录模式。
全细胞记录构型(whole-cell recording)高阻封接形成后，继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂，电极胞内液直接相通，而与浴槽液绝缘，这种形式称为“全细胞”记录。
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膜片钳技术原理
可兴奋膜的电学模型
细胞膜由脂类双分子层和和蛋白质构成。
脂质层的电导很低，由于双分子层的结构特点，形成了细胞的膜电容，通道蛋白的开闭状况主要决定了膜电导的数值。
在细胞膜的电学模型中，膜电容和膜电导构成了一个并联回路。
在细胞膜的电兴奋过程中，脂质层膜电容的反应是被动的，其电流电压曲线是线性的；而由通道蛋白介导的膜电导构成了膜反应的主动成分，它的电流电压关系是非线性的。
当改变跨膜电位时，膜电容和膜电导分别引发被动和主动电流：Im=Ii＋CdV/dt，其中Im是流过膜的总电流，Ii是通道电流，CdV/dt是由膜电容介导的电容电流。
为了考察通道电流就必须消除电容电流的影响，此时可以令dV/dt＝0，即将膜电位钳制在一固定数值，使其不随时间变化，这就是电压钳技术的实质所在。
电压钳技术
离子通道的近代观念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世纪30—50年代的开创性研究。
在1902年，Bernstein创造性地将Nernst的理论应用到生物膜上，提出了“膜学说”。
他认为在静息状态下，细胞膜只对钾离子具有通透性；而当细胞兴奋的瞬间，膜的破裂使其丧失了选择通透性，所有的离子都可以自由通过。
Cole等人在1939年进行的高频交变电流测量实验表明，当动作电位被触发时，虽然细胞的膜电导大为增加，但膜电容却只略有下降，这个事实表明膜学说所宣称的膜破裂的观点是不可靠的。
1949年Cole在玻璃微电极技术的基础上发明了电压钳位（voltage clamp technique）技术，基本原理如下：
电压钳技术的核心在于将膜电位固定在指令电压的水平，这样才能研究在给定膜电位下膜电流随时间的变化关系。
在上图中，膜电位Vm由高输入阻抗的电压跟随器所测量。
钳制放大器在比较了膜电位和指令电位E之后，通过电阻Ra将电流注入膜内以控制膜电位。
钳制放大器的输出：Vo=A（E－Vm），因为这个输出由电阻Ra和膜所分压，所以输出电流：I=（Vo－Vm）/Ra。
由这两个关系可推出：Vm=EA/(1+A)-RaI/（1+A）。
因此若钳制放大器的增益A极大，膜电位Vm和指令电位E之间的差别就可以忽略，即实现了电压钳制。
Hodgkin、Huxley和Katz应用电压钳技术研究枪乌贼巨轴突，结合同位素示踪和胞内灌流等技术发现：动作电位的初期，细胞膜主要对钠离子的通透性发生改变，胞外的钠离子迅速内流，并产生所谓的“超射”现象（overshoot）；随后对钠的通透性的急剧减少并且对钾离子的通透性增加。
兴奋期的膜电位存在“超射”现象也是膜学说所不能解释的。
根据这些实验，Hodgkin、Huxley和Katz在其1949—1952年的一系列论文中提出了“离子学说”或“钠学说”。
认为当膜的去极化超过一个临界值时，就会触发动作电位的产生。
在此期间，钠电导迅速上升，钠离子大量内流，使得膜电位接近钠的平衡电位；随后钠电导迅速失活，钾电导逐渐增加，引起膜电位的复极化。
Hodgkin和Huxley通过对电压钳位实验数据的分析，给出了所谓的Hodgkin—Huxley方程。
他们将膜电位钳制在不同的水平，观察钾电导或钠电导随时间的变化，然后用一个常微分方程去逼近所得到的实验曲线，而这些微分方程中的参数则假定跟离子通道上的“粒子”相关。
根据H—H方程，能够推导出动作电位的阈值、形状、幅度等性质。
并且在去除电压钳制的条件下，可以得到一个以电压和时间为变量的偏微分方程，由它可以给出和真实状况相符合的神经冲动的传导。
膜噪声和噪声分析
Katz等人在1970年代初期研究了蛙神经肌肉接头处肌纤维膜电位的波动。
他们根据对这种膜电位“噪声”的分析，提出了量子释放的概念，认为神经递质是以囊泡的形式从突触前膜释放到突触间隙中。
并且Katz等人借助这种新的“噪声分析”方法（fluctuation analysis），能从突触后膜电位的“噪声”中推测出单位事件的幅度和时程。
Anderson、Stevens、Colquhoun和Sigworth等人进一步发展了“噪声分析”。
“噪声分析”的实质在于二项分布期望和方差之间的关系。
假定通道只有开和关两个状态，并且各个通道的开关是独立的。
若N是通道的总数，p是通道的开放概率，i是单通道电流，I是膜电流的期望值。
则有：I=Npi，var(I)=Np(1-p)i2,即：var(I)=iI-I2/N。
用var(I)对I作图，这显然是一个开口朝下的抛物线。
微分这个二次方程得到曲线的斜率：dvar(I)/dI=i-2I/N,当I=0时的斜率就是单通道电流，根据钳制电位和反转电位之间的差就可以算出单通道电导；在抛物线的顶点即当：dvar(I)/dI=0时，I=Ni/2，由此可算出
离子通道的总数。
膜片钳技术
“噪声分析”只能推算离子通道的电导和时间弛豫过程，而不能直接观测通道的门控动力学。
1976年德国马普学会生物物理化学研究所（Göttingen）的两位科学家，Neher和Sakmann在电压钳技术的基础上创立了膜片钳技术（patch clamp technique）。
“膜片钳”的本意就是对小片细胞膜进行电压钳位，然后观测通过这一小块膜片上单个离子通道的电流。
其电路原理示意图如下：
膜片钳技术的基本原理是通过负反馈使得膜电位与指令电压相等，在电压钳制的条件下记录膜电流。
上面是电阻反馈式膜片钳放大器的电路示意图。
A1为一极高输入阻抗、极低噪声的场效应管运算放大器，由于A1极高的开环增益使得两个输入端的电压几乎完全相等，从而实现电压钳制。
Rf为一数值可切换的反馈电阻，分别对应于不同的电流记录范围，其中高值反馈电阻具有极高的电阻和极低的杂散电容，是决定放大器单通道记录性能的基本元件。
A2为一差分放大器，它的输出即为电极电流和反馈电阻的乘积。
由放大器A1和A2构成的回路称为电流—电压转换器，是膜片钳放大器前级（headstage）的核心。
Rs是由电极和细胞之间的通路所构成的串联电阻，会引起全细胞电压钳记录的点钳制问题，这可通过Rs Comp回路来消除。
电极入液之后会产生所谓的“快电容”Cp，即内外液相对于电极壁形成的杂散电容，在形成GΩ封接后变得更明显。
而当吸破细胞膜形成全细胞模式后，还能观测到“慢电容”Cm，即对于细胞膜的充放电而产生的电容电流。
可以通过电容补偿回路来消除这些电容尖峰的影响。
由于阻容藕合电路中电阻和电容值的不同，快慢电容的幅度和时间常数都不同。
对于有突起的细胞如脑片中的神经元，还存在空间钳制问题，这就难以从电路上消除它的不利影响。
全细胞膜片钳模式下有电压钳记录和电流钳记录两种。
电压钳记录的原理与电压钳技术相似，但有所不同：首先，全细胞电压钳记录只使用单根电极，但在电学效果上同时实现了电压钳制和电流记录。
其次，电压钳记录的电极不插进细胞，对细胞造成的损伤较小，因而能用于小细胞如神经元的研究。
电流钳记录则是通过钳制电极电流来测量膜电位。
电流钳在本质上也是电压钳位，它将差分放大器的输出电流与指令电流相比较，然后将这个差动输出施加到放大器前级的倒相端，通过高速反馈使得同相端的电压与其相等，无论电极电流是否为零，都能从输出电压得到膜电位的准确数值。
根据细胞膜的电路模型，全细胞模式还可用于监测膜电容的变化。
当通过电极给细胞膜一个高频正弦波时，由于膜电容的存在，膜电阻的反应会有一个明显的相位滞后，这个时间延迟由膜电容、膜电阻和电极电阻三者决定。
当后面两个因素固定时，膜电容的变化就会引起膜电阻反应与输入之间的相位差的变化。
对于各种分泌细胞：胰岛细胞、肾上腺分泌细胞或神经分泌细胞，细胞的分泌伴随着膜表面积也就是膜电容的变化，可以通过监测相位差的变化来观测细胞的分泌过程。
单通道记录的关键在于降低背景噪声。
电阻反馈式放大器存在两个问题：一是反馈电阻本身的热噪声；另一个是反馈电阻本身的杂散电容。
对于前者，当采用大电阻值反馈电阻时，就能将热噪声降低到可以接受的范围。
但反馈电阻的杂散电容与电阻形成一个低通滤波器，按照现在的工业标准（50G，0.1pF），这个滤波器会使采集到的单通道信号严重失真。
对于这个问题，可以采用一个高频提升器（high frequency boost），信号经过这样的处理就会引入高频噪声，因此必须经过低通模拟滤波。
1976年在封接电阻只有10—20MΩ的情况下，记录了蛙去神经支配的肌纤维膜乙酰胆碱受体的单通道电流，由于背景噪声的影响，单通道电流矩形脉冲的形状很不明显。
若要记录单个离子通道的微弱电流，就必须将噪声降低到极小，但按照‘Johnson’公式，由带电粒子的热运动所引起的电流噪声为：Irms = (4kTfc/R)1/2，因此就必须极大地提高电阻。
因为放大器输入阻抗、膜片电阻和反馈电阻都很高，所以必须极大地提高封接电阻。
后来发现当略施负压之后封接电阻很快上升到了GΩ的范围，背景噪声急剧下降，使得高分辨率的单通道记录变为可能。
随后Hamill和Horn等人将小块膜片从细胞膜上分离下来而不影响封接，这样就形成了单通道记录的三种模式：细胞贴附式、内面向外式、外面向外式，连同全细胞模式于是便有了膜片钳的四种经典记录模式。
Hamill等人在1981年发表的奠基性论文标志着膜片钳技术的成熟，随后在全世界各个生理学、神经生物学和生物物理学实验室得到了广泛的应用，极大地推动了离子通道和相关学科的研究。