A eletrofisiologia de patch clamp é a técnica padrão ouro para estudar a função de canais iônicos. Ela mede a corrente elétrica que flui através de canais iônicos em membranas celulares com sensibilidade de picoamperes e resolução temporal de milissegundos. A técnica foi desenvolvida por Neher e Sakmann, que receberam o Prêmio Nobel em 1991.

A técnica de patch clamp usa uma micropipeta de vidro com diâmetro de ponta de aproximadamente 1 µm, preenchida com solução eletrolítica e contendo um eletrodo de prata-cloreto de prata. A pipeta é pressionada contra a membrana celular, e sucção suave forma um selo de gigaohm entre o vidro e a membrana. Este selo de alta resistência reduz o ruído elétrico e permite a medição de correntes de picoamperes.

A configuração cell-attached registra correntes de canais no remendo de membrana intacto, deixando o interior celular intacto. O remendo inside-out é formado retraindo a pipeta da célula, expondo a superfície da membrana intracelular à solução do banho. Esta configuração permite o controle do ambiente intracelular. O remendo outside-out é formado rompendo o selo e então retraindo a pipeta, fazendo com que a membrana se reforme com a superfície extracelular voltada para o banho. Esta configuração é usada para estudar a farmacologia de canais.

O patch clamp de célula inteira rompe o remendo de membrana aplicando sucção ou pulsos de voltagem, fornecendo acesso elétrico ao interior celular. A solução da pipeta dialisa o citoplasma, permitindo o controle da composição iônica intracelular. Variantes de patch perfurado usam antibióticos como anfotericina B para manter o acesso elétrico sem diálise citoplasmática.

O modo de voltage clamp mantém o potencial de membrana em um valor comandado e mede a corrente necessária para manter esse potencial. Relações corrente-voltagem revelam a dependência de voltagem da ativação e retificação do canal. O modo de current clamp injeta corrente e mede as mudanças de potencial de membrana resultantes, registrando potenciais de ação e potenciais sinápticos.

A análise de dados inclui determinação da condutância de canal único, probabilidade de abertura, tempos médios de abertura e fechamento e os efeitos de moduladores. Fármacos são aplicados usando sistemas de troca rápida de solução para estudar cinética. O controle de temperatura mantém condições fisiológicas.

Sistemas automatizados de patch clamp usando chips de eletrodos planares permitem triagem de média capacidade de fármacos para canais iônicos. Estes sistemas são usados no desenvolvimento farmacêutico para avaliação de farmacologia de segurança do canal hERG e para descoberta de novos moduladores de canais.