네어와 작만은 흡입으로 밀봉한 유리 피펫을 통해 단일 이온 통로를 들었다

1970년대 초 대부분의 생리학자들은 이온이 특정 기공을 통해 세포막을 통과한다고 믿었지만, 아무도 그것을 본 적이 없었다. 호지킨과 헉슬리는 1952년 오징어 축삭에서 통로를 추론했지만, 단일 통로는 단지 몇 피코암페어 — 기존 미세전극이 깨끗하게 분해할 수 있는 것의 약 10억 분의 1 — 만을 운반하여 누설 및 열 잡음에 묻혀 있었기 때문에, 그 존재 자체에 대한 10년에 걸친 논쟁이 여전히 계속되고 있었다. 표준 대응은 더 많이 증폭하고 더 오래 평균하는 것이었다.

뮌헨의 막스 플랑크 정신의학 연구소에서 에르빈 네어와 베르트 작만은 몇 마이크로미터 폭의 유리 미세피펫을 신경이 제거된 개구리 근육 섬유에 대고 팁 아래의 패치를 통과하는 것을 기록했다. 1976년 네이처 논문에서 밀봉은 좋지 않았다 — 피펫 저항은 몇 메가옴, 밀봉은 수십에서 수백 메가옴 — 하지만 몇 피코암페어의 이산적이고 계단 모양의 전류가 어쨌든 나타났다: 단일 자연 통로의 최초 기록으로, 통로가 존재하는지에 대한 논쟁을 즉시 끝냈다.

이를 일상적으로 만든 비결은 기가밀봉이었다. 피펫 팁을 불로 연마하고 약한 흡입을 가하면 막이 유리에 너무 단단히 달라붙어 밀봉 저항이 수백 메가옴 범위에서 수십 기가옴으로 뛰어올랐다(해밀, 마티, 네어, 작만, 시그워스, 1981). 배경 잡음은 몇 자릿수(orders of magnitude)만큼 줄었고, 같은 유리 그립이 패치를 세포에서 떼어내는 것도 견뎌내어 세포 부착(cell-attached), 전세포(whole-cell), 인사이드아웃(inside-out), 아웃사이드아웃(outside-out) 배열을 제공했으며, 이는 여전히 이 분야를 표준화하고 있다.

유리를 세포에 대고; 흡입이 기가옴 밀봉을 만든다

밀봉 저항이 누설을 결정한다: 수십 기가옴에서는 거의 모든 패치 전류가 피펫 가장자리로 빠져나가는 대신 증폭기로 흐른다.

잡음은 누설 전도도에 비례하므로, 1000배 더 단단한 밀봉이 피코암페어 단계를 가리던 배경을 침묵시켰다.

흡입으로 연마된 유리는 새로운 전자 장치가 아니라 이미 실험대에 있던 도구 — 마이크로포지와 주사기 — 만 필요로 했다.

그 그립은 세포에서 절제하는 것도 견뎌내어, 하나의 기술을 네 가지 표준 기록 배열로 바꾸었다.

신호를 더 크게 만들 수 없을 때는 잡음을 줄여라: 돌파구는 더 나은 증폭기가 아니라 모든 병렬 탈출 경로를 제거하여, 남은 하나의 경로가 전체 이야기를 담도록 한 것이었다.

패치 클램프는 통로 생물물리학의 주력이 되었다: 역학, 선택성 필터 및 게이팅 센서가 단일 분자 수준에서 해결되었고, 피펫으로 기록된 커패시턴스 단계를 통해 네어는 분비 중 단일 소포가 융합하는 것을 관찰할 수 있었다. 이온 통로는 가설에서 가장 큰 약물 표적 부류 중 하나로 이동했다; 노벨 위원회는 네어와 작만에게 1991년 노벨 생리학·의학상을 수여할 때 이 방법이 이미 전 세계 수천 명의 과학자들에 의해 사용되고 있었다고 언급했다. 자동화된 패치 클램프는 이제 제약 스크리닝에서 하루에 수천 건의 세포 기록을 실행한다.